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Hermann Cuntz

Bernstein Preis für Computational Neuroscience 2013

Gehirnverschaltungen auf der Spur

Nach welchen Prinzipien verknüpfen sich Nervenzellen zu kleinen Netzwerken im Gehirn? Gibt es einen grundsätzlichen Verbindungscode? In seiner Forschung beschäftigt sich Hermann Cuntz mit der Frage, welche Auswirkung die Gestalt von Nervenzellen auf Bau und Funktion neuronaler Schaltkreise hat. Sein Handwerkszeug sind theoretische Modelle. Mit ihrer Hilfe kann er im Computer Nervenzellen synthetisch erstellen und berechnen, wie sich die Zellen – ausgehend von ihrer Form – in optimaler Weise zu kleinen Zellverbünden verbinden. In einem zweiten Ansatz schaut er sich an, welche Auswirkungen der Aufbau des Schaltkreises auf dessen eigene Aktivität und Dynamik hat. Auf diese Weise gelingt es ihm, die Beziehung zwischen Struktur und Funktion von neuronalen Netzwerken zu entschlüsseln. „Für mich ist die neuronale Morphologie, also die Gestalt von Nervenzellen, der Ausgangspunkt um allgemeine Regeln über neuronale Verbindungen und Funktionen abzuleiten“, sagt der Neurowissenschaftler.

Cuntz bisherige Arbeiten haben die Grundlagen zu seinen theoretischen Analysen gelegt. So hat er das „morphologische Modeling“ entwickelt. Diese Methode erlaubt es ihm, unter Berücksichtigung bestimmter Faktoren, Nervenzellen mit verschiedenster Form – oder Morphologie – am Computer zu erzeugen. In die zugrundeliegende Formel fließen verschiedene Kenngrößen ein, wie etwa die Anzahl der Kontaktstellen zu benachbarten Neuronen oder die Nutzung von möglichst kurzen Verbindungspfaden und wenig Nervenzell-Material. „Die beiden zuletzt genannten Kriterien wurden bereits Anfang des 19. Jahrhunderts vom spanischen Anatom Ramón y Cajal postuliert“, erklärt Cuntz. „Ich nutze sie jetzt um anatomisch realistische Modelle von Nervenzellen und Nervenzellgruppen zu bilden“. Seine synthetischen Neurone sind so naturgetreu, dass selbst Neuroanatomie-Experten die künstlich generierten nicht von natürlichen Zellen unterscheiden können. Mittlerweile nutzen Wissenschaftler weltweit die von Cuntz für dieses Verfahren entwickelte Computersoftware um den Aufbau des Gehirns in Großprojekten wie dem Human Brain Project nachzubilden.

Den Fragen nach den Verschaltungsprinzipen im Gehirn wird Hermann Cuntz in Frankfurt in Kooperation mit den dortigen Wissenschaftlern des ESI, des FIAS, sowie der Goethe-Universität Frankfurt weiter nachgehen. Dabei wird er den bestehenden Bernstein Fokus: Neurotechnologie in Frankfurt verstärken. Insbesondere plant er die Zusammenarbeit mit experimentell arbeitenden Forschern noch stärker zu vertiefen, um so seine Netzwerk-Modelle und ihre Vorhersagen auf ihre Wirklichkeitstreue zu überprüfen und konstant weiterzuentwickeln.

 


Preisträger:

Hermann Cuntz
Ernst Strüngmann Institute gGmbH


Institut Anatomie I
Klinische Neuroanatomie
Goethe-Universität
Theodor-Stern-Kai 7
Gebäude 27
60590 Frankfurt/Main

Tel: (+49)-069-6301-87127
E-Mail: hermann.neuro@gmail.com