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Profil des Zentrums für Kognitionswissenschaften (ZKW) Zentrale wissenschaftliche Einrichtung der Universität Bremen

Kognitive Funktionen wie Wahrnehmung, Gedächtnis und Verhalten entstehen durch die Wechselwirkungen von Nervenzellen im Gehirn. Die zahlreichen Prozesse im Gehirn, die es uns ermöglichen zu sehen, uns zu erinnern oder zu agieren, werden von vielen verschiedenen Wissensbereichen wie der Physik, Chemie, Biologie, Psychologie, Informatik, Ingenieurwissenschaften und der Philosophie untersucht. Da ein Großteil dieser Prozesse auf vielen räumlichen und zeitlichen Skalen interagiert, hängt der substantielle Erfolg im Bemühen um das Verständnis von Gehirnfunktionen von engen Kooperationen in vielen Forschungsbereichen ab.

Das Zentrum für Kognitionswissenschaften an der Universität Bremen umfasst Arbeitsgruppen der Grundlagen- und Experimentalforschung auf allen relevanten Gebieten: In den Theoretischen Neurowissenschaften (Prof. Pawelzik, Prof. Bornholdt) werden mathematische Modelle neuronaler Systeme analysiert, und die kollektive Dynamik von Netzwerken in groß angelegten Computersimulationen untersucht. In der Neuropharmakologie (Prof. Koch) wird der Einfluss verschiedener Drogen und neuroaktiver Substanzen auf neuronale und synaptische Aktivitäten und auf das Verhalten erforscht. In der Neurophysiologie (Prof. Kreiter, Prof. Roth, Prof. Dicke) werden neuronale Aktivitäten zu kognitiven Funktionen einschließlich Aufmerksamkeit und Lernen in Beziehung gesetzt. In der Neurologie (Prof. Schwendemann) wird der Zusammenhang von geistigen und neurologischen Störungen zu neuronalen Mechanismen erforscht. In der Psychophysik (Prof. Fahle) werden Versuche zu Wahrnehmung und Verhalten durchgeführt, um Mechanismen und Grenzen der zugrunde liegenden neuronalen Prozesse aufzudecken. In der Neuropsychologie und Verhaltensneurobiologie (Prof. Herrmann), sowie der Kognitiven Psychologie (Prof. Basar-Eroglu) werden psychologische Phänomene in direkte Verbindung mit physiologischen Korrelaten neuronaler Aktivitäten gebracht. In der Neuroinformatik (Prof. Hilgetag, Prof. Herzog) bedient man sich moderner Methoden aus den Computerwissenschaften, um experimentelle Daten zu analysieren. Im Ingenieurbereich (Prof. Gräser) arbeitet man mit neuen Ansätzen für die Entwicklung von Neuroprothesen. Nicht zuletzt werden in der Philosophie (Prof. Stöckler) fundamentale konzeptuelle Fragen und das Arbeitsgebiet aktueller Forschung auf dem Gebiet der Neurowissenschaften analysiert und diskutiert.

Dieses weitreichende wissenschaftliche Umfeld des Zentrums für Kognitionswissenschaften bildet den Nährboden für lebendige Interaktionen zwischen Forschern aus den verschiedenen Gruppen. Diese Kooperationen münden in zahlreiche gemeinsame Projekte, die von deutschen Forschungsgemeinschaften (z.B. DFG, BMBF, VW) und der Europäischen Union gefördert werden, und die durch viele Veröffentlichungen in hochrangigen Zeitschriften dokumentiert sind.

Ende Mai 2008 wurde von einigen Kernlaboratorien ein neues Gebäude, das "Cognium", bezogen. Darüber hinaus wird dort auch ein Kernspintomograph untergebracht, der von allen Arbeitsgruppen genutzt wird. Weiterhin wird es als "Heimat" des Zentrums dienen, um Interaktionen zu katalysieren, Workshops zu organisieren und die Lehre auf dem Gebiet der Kognitionswissenschaften zu bündeln. Auf diesem Gebiet wird ab WS 2008/2009 ein Masterstudiengang "Neurowissenschaften" eingerichtet, der Studenten den Erwerb von Fähigkeiten auf einer besonders breiten Kombination wissenschaftlicher Felder ermöglichen wird.

Das gemeinsame Forschungsinteresse des Zentrums ist der Brückenschlag zwischen dem Verständnis grundlegender Prozesse in einzelnen Neuronen und Synapsen über die Analyse kollektiver Phänomene in kleinen Netzwerken hinweg bis hin zur Erforschung kognitiver Funktionen. Das Entschlüsseln neuronaler Mechanismen auf den entsprechenden Skalen wird wichtige Einsichten nicht nur in Bezug auf das Funktionieren, sondern auch in Bezug auf verschiedene Fehlfunktionen vermitteln, die neurologische und psychiatrische Störungen zur Folge haben. Diese Einsichten werden zu neuen Diagnosen und therapeutischen Maßnahmen (z.B. Neuroprothesen) beitragen, zu neuen Methoden der Datenanalyse (Maschinenlernen, neuronale Netzwerke) führen, und nicht zuletzt neue Ideen für technische Systeme erschließen, die kognitive Funktionen nachbilden - wie beispielsweise bei Robotern, die lernen, sich erfolgreich in ihrer Umgebung zu bewegen und mit ihr zu interagieren.

Profile of the Center for Cognitive Sciences (Zentrum für Kognitionswissenschaften, ZKW, zentrale wissenschaftliche Einrichtung) University of Bremen

Cognitive functions like perception, memory and behavior emerge from interactions of nerve cells in the brain. The processes in the brain that allow us to see, to remember or to perform appropriate actions are investigated by many different scientific fields ranging from physics, chemistry, biology, psychology, computer science, engineering to philosophy. Since the underlying processes interact on many spatial and temporal scales substantial progress in the endeavor of understanding brain functions will rely on tight cooperations that include several disciplines.

The Center for Cognitive Sciences at the University Bremen encompasses basic and applied research groups in all the relevant fields: In Theoretical Neuroscience (Prof. Pawelzik, Prof. Bornholdt) mathematical models of neuronal systems are analysed and emerging properties of networks are studied in large scale computer simulations. In Neuropharmacology (Prof. Koch) the influence of various drugs and neuro-active substances on neuronal and synaptic activities as well as on behaviour are studied. In Neurophysiology (Prof. Kreiter, Prof. Roth, Prof. Dicke) neuronal activities are related to cognitive functions including attention and learning. In Neurology (Prof. Schwendemann) mental and neurological disorders are related to neuronal mechanisms. In Psychophysics (Prof. Fahle) experiments on perception and behavior are performed to reveal constraints on the underlying neuronal processes. In Neuropsychology and Behavioral Neurobiology (Prof. Herrmann) and Cognitive Psychology (Prof. Basar-Eroglu) psychological phenomena are linked to physiological correlates of neuronal activities. In Neuroinformatics (Prof. Hilgetag, Prof. Herzog) modern methods from computer science are used to analyse experimental data. In Engineering (Prof. Gräser) new approaches are used for the development of neuro-prosthesis. Last, but not least in Philosophy of Science (Prof. Stöckler) fundamental conceptual issues and the scope of current research in neuroscience are analysed.

This rich scientific environment of the Center for Cognitive Sciences promotes vivid interactions among researchers from the different groups that are documented in many joint projects being funded by the German research foundations (e.g. DFG, BMBF, VW) and the European Union as well as in many publications in highly ranked journals.

Since end of May 2008 a new building named 'Cognium' accommodates several core-laboratories. It will also host a nuclear resonance imaging facility that is shared among all groups. Furthermore it will serve as the physical center of the center to catalyse interactions, organize workshops and to bundle teaching in the field of cognitive science. Here a Master Program 'Neuroscience' will start in the winter-term 2008/2009. It will offer students acquisition of skills from a uniquely wide combination of scientific areas.

Common research aim of the centre is bridging the gaps between basic processes from single neurons and synapses via small networks to cognitive functions. Unravelling the neuronal mechanisms on the respective scales will provide important insights not only into the functioning but also into various malfunctions leading to neurological and psychiatric disorders, will contribute to novel diagnostic and therapeutic methods (e.g. neuroprosthesis), lead to new methods of data analysis (machine learning, neural networks) and last not least has a large potential to contribute to systems designs that emulate cognitive functions (as in robots that learn to behave successfully in their environments).