SPP 2205:  Evolutionäre Optimierung neuronaler Systeme

• Fachliche Zuordnung: Medizin ; Biologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402741184

Trotz spektakulärer Fortschritte im Bereich der künstlichen Intelligenz übertreffen die Informationsverarbeitungsfähigkeiten tierischer und menschlicher Gehirne die von Menschen geschaffener Maschinen noch immer bei weitem. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die Robustheit und Flexibilität der neurobiologischen Informationsverarbeitung und ihre Energieeffizienz. Jüngste Fortschritte haben neue und stringente Perspektiven eröffnet, die Evolution der Struktur des Zentralnervensystems, der Informationsverarbeitung und seiner Entwicklung zu klären. Fortgeschrittene computergestützte Optimierungstheorien haben im vergangenen Jahrzehnt ähnliche Fortschritte durchlaufen. Gemeinsam legen diese Entwicklungen die Voraussetzungen für einen neuen Ansatz zur systematischen Entschlüsselung der Prinzipien der Evolution und Optimierung biologischer Nervensysteme. Die Aufgabe des SPP „Evolutionäre Optimierung der neuronalen Verarbeitung“ besteht darin, Standards für einen neuen, theoretisch fundierten und quantitativ präzisen Zugang zur Evolution neuronaler Schaltkreise zu definieren, Paradigmen für die Klärung relevanter Selektionsdrücke zu geben, Innovationen in der Evolution des Nervensystems zu entschlüsseln. Das SPP bietet eine Plattform für Studien in drei thematischen Schwerpunkten: A) Die Evolution von Kernschaltkreisen, B) Die Klärung von Grenzen der Leistungsfähigkeit neuronaler Verarbeitung und B) Genomischen Trajektorien der Evolution neuronaler Schaltkreise. Für die Entwicklung dieser Themenschwerpunkten nutzt das SPP Deutschlands einzigartige Infrastruktur in den theoretischen und systemischen Neurowissenschaften.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Japan, Österreich, Schweiz

Projekte

• Der Einfluss von Netzwerkarchitektur auf Evolvierbarkeit und Robustheit: Ein Vergleich der Gesangserkennungsnetzwerke von Grillen und Feldheuschrecken (Antragsteller Benda, Jan ;  Clemens, Jan )
• Design visueller Systeme basierend auf dynamischen Stimulus-Bedingungen (Antragstellerinnen Gjorgjieva, Ph.D., Julijana ;  Silies, Marion )
• Die Evolution und Organisation nicht-kanonischer Geruchssysteme bei Ameisen und anderen Insekten (Antragstellerinnen / Antragsteller Darras, Ph.D., Hugo ;  Foitzik, Susanne ;  Martelli, Ph.D., Carlotta )
• Die evolutionären Mechanismen zur Optimierung der Struktur und Funktion des neuronalen Schaltkreises zur Himmelsnavigation von Insekten (Antragstellerinnen / Antragsteller Nowick, Katja ;  Wernet, Mathias )
• Effiziente Kodierung schneller dynamischer Stimuli in Population von ON- und OFF- Neuronen (Antragsteller Benda, Jan ;  Grewe, Jan ;  Lindner, Benjamin )
• Ein Wurm, zwei verschiedene Gehirne: Untersuchung der divergenten neuronalen Architektur im Zusammenhang mit der Evolution eines polyphenen Verhaltensmerkmals. (Antragsteller Lightfoot, Ph.D., James )
• Eine dreidimensionale Untersuchung des thalamofugalen visuellen Systems der Vögel – Funktionelle Eigenschaften, Beziehung zum tektofugalen System der Vögel und ein Vergleich mit dem Cortex der Säugetiere (Antragsteller Güntürkün, Onur ;  Pusch, Roland ;  Rose, Jonas )
• Entschlüsselung der neuronalen Codes konvergent evolvierter Arbeitsgedächtnisfunktionen bei Menschen, Affen und Krähen (Antragsteller Mormann, Florian ;  Nieder, Andreas )
• Evolutinäre Konvergenz hierarchischer Informationsverarbeitung (Antragstellerinnen / Antragsteller Priesemann, Viola ;  Wibral, Michael )
• Evolution von Flexibilität - Optimierung von Task-abhängiger Informationsverarbeitung im visuellen System (Antragsteller Ernst, Udo A. ;  Kreiter, Andreas K. )
• Evolutionäre Entwicklung und Funktion einer sensomotorischen Transformation in Diptera (Antragsteller Jösch, Maximilian ;  Mlynarski, Ph.D., Wiktor )
• Evolutionäre Optimierung neuronaler Netzwerkdynamik auf eine empfängerspezifische interareale Kommunikation (Antragsteller Helias, Moritz ;  Musall, Simon )
• Evolutionäre Spezialisierung von neuronalen Schaltkreisen im zentralen olfaktorischen Pfad der Arthropoden: ein vergleichender Ansatz in Crustaceen und Insekten (Antragsteller Harzsch, Steffen ;  Nawrot, Martin Paul ;  Rybak, Jürgen )
• Identifizierung von konservierter Schaltungslogik im Temperaturnavigationsverhalten von Fischen und Fliegen (Antragstellerinnen / Antragsteller Grunwald Kadow, Ilona ;  Portugues, Ruben )
• Kontextabhängige Leistungsanpassung olfaktorischer sensorischer Insekteneuronen (Antragsteller Kittel, Robert J. ;  Wicher, Dieter )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Wolf, Fred )
• Modellierung der Dynamik, Funktion und Evolution von frühesten Nervensysteme (Antragsteller Memmesheimer, Raoul-Martin )
• NeuroParTI: Evolutionäre Trade-off-Analyse der Neurochemie von Mensch und Makakenaffe (Antragstellerinnen / Antragsteller Palomero-Gallagher, Ph.D., Nicola ;  Patil, Ph.D., Kaustubh R. )
• "Plug and play" Integration eines neuen sensorischen Kanals in der Evolution – Experiment und Theorie (Antragsteller Kampa, Björn Michael ;  Rotter, Stefan )
• Räumlich anisotrope und isotrope laterale inhibition: Konvergente Schaltkreis-Designs im Antennallobus der Insekten und Bulbus olfactorius der Wirbeltiere (Antragstellerinnen Egger, Veronica ;  Sachse, Silke )
• Sakkadische Unterdrückung: von Zebrafischen zu Primaten (Antragsteller Arrenberg, Ph.D., Aristides ;  Hafed, Ph.D., Ziad )
• Vergleich der grundlegenden Objekterkennungsfähigkeiten von Vögeln mit Nagetieren und Primaten (Antragsteller Rose, Jonas )
• Von Ast zu Ast: Die ursprüngliche Rolle des Primatensehens im arborealen Lebensraum (Antragstellerinnen / Antragsteller Fichtel, Claudia ;  Wolf, Fred )

• Sprecher: Professor Dr. Fred Wolf