Theorie und Praxis im Gehirn - Jenseits der Molekularfeldtheorie in den Neurowissenschaften

Weltweit führende theoretische Neurowissenschaftler treffen sich vom 3. bis 5. Juni 2015 am Bernstein Center for Computational Neuroscience in Göttingen

Ein theoretisches Verständnis der neuronalen Aktivität im Gehirn erfordert leistungsfähige mathematische Techniken, die mit hochdimensionalem, nichtlinearem und irregulärem Verhalten umgehen können. In den vergangenen Jahrzehnten wurden viele Ansätze, die ursprünglich in der theoretischen Physik entwickelt wurden, für Probleme in den Neurowissenschaften nutzbar gemacht.

Die sogenannte mean-field theory for population dynamics, (Molekularfeldtheorie biologischer neuronaler Netze)  ist eine der vielleicht erfolgreichsten, überarbeiteten Techniken. Dieser Ansatz wurde durch Grossberg (1967) und Wilson, Cowan (1972) und anderen erstmals angewandt. Ihre wesentlichen Ergebnisse waren für wichtige Erkenntnisse und Prognosen im Bereich Computergestützte Neurowissenschaften maßgeblich. Später wurde die Theorie mit der Aufnahme von Statistiken zweiter Ordnung durch van Vreeswijik und Sompolinski (1996) erweitert, welche die unregelmäßige Aktivität erregender und hemmender Neuronen im Cortex erstmals konsistent berechnen konnten.

Obwohl adaptierte mean-field Ansätze eine gute Basis für viele experimentelle und theoretische Beobachtungen sind, führt der begrenzte Spielraum zur "Mittelungen" dazu, dass viele wichtige Eigenschaften der Populationsdynamik nicht erfasst werden. Beispielsweise bleiben Phänomene, die Aktionspotential abhängige Lernregeln beinhalten oder Netzwerkdynamiken, die durch externe Stimulationen getrieben werden, schwer fassbar. Ziel des Workshops ist zu klären, welche mathematischen Techniken nötig sind, um diese Defizite zu überwinden und neu entstehenden Forschungsthemen vorzustellen.