Lebens- und Neurowissenschaften - Übersicht

Das Leben und das Gehirn verstehen

Die Biowissenschaften konzentrierten sich ursprünglich auf die Beobachtung von Naturphänomenen; heute spielen quantifizierbare Daten eine immer größere Rolle. Sie sind die Grundlage für Algorithmen und Modelle und helfen, das Leben besser zu verstehen.

Eine der komplexesten Strukturen auf der Erde ist das Gehirn. Es besteht aus einem Netzwerk von mehreren Milliarden Nervenzellen (Neuronen). Wir wollen verstehen, wie aus ihrem Zusammenspiel kognitive Fähigkeiten entstehen.

Lebenswissenschaften

Die moderne Biologie ist immer mehr durch mathematische und quantitative Ansätze geprägt – in keiner anderen Disziplin wachsen die Herausforderungen an Theorie, Modellbildung und Simulation so schnell wie in den Lebenswissenschaften. 

Atome ballen sich zu Molekülen zusammen, molekulare Netzwerke lösen Zellreaktionen aus, und das Zellverhalten ist wiederum für den Gewebeaufbau verantwortlich. Die Entwicklung von Theorien zur Organisation von molekularen und zellübergreifenden Netzwerken ist daher ein Forschungsinteresse am FIAS. 

Forschungsschwerpunkte

  • Analyse, Visualisierung, Modellierung und Simulation von Zellbewegungen. 
  • Innere Signalprozesse; Interaktionen von Zellen miteinander und ihrer chemischen und mechanischen Umgebung. 
  • Personalisierte Medizin: Computermodelle für ein ganzheitliches Verständnis über Infektionskrankheiten und deren Übertragung. 

Neurowissenschaften

Wir erforschen, wie das Gehirn Netzwerke bildet und sich selbstständig an immer neue Gegebenheiten anpasst. Um diese dynamischen Netzwerke zu beschreiben und zu verstehen, genügt die Sprache der Biowissenschaften nicht mehr. Hier helfen ausgefeilte mathematische Modelle und Verfahren, beispielsweise aus der Physik. 

Computermodelle der komplexen Informationsverarbeitungsprozesse im Gehirn erleichtern das Verständnis seiner Funktionsweise und Organisation. Nur so werden Fortschritte bei der Entwicklung immer besserer Informationsverarbeitungssysteme mittels künstlicher Intelligenz möglich. 

Forschungsschwerpunkte

  • Mathematische Untersuchung hoch-dimensionaler Aktivitätsmuster, die in bestimmten neuronalen Netzwerken bei Menschen und Tieren bei kognitiven und ausführenden Prozessen auftreten (enge Zusammenarbeit mit experimentellen Partnerinstitutionen).  
  • Simulation biologisch inspirierter neuronaler Netzwerke, um besser zu verstehen, wie es das Gehirn Sehen, Lernen, Verstehen und Bewegung ermöglicht. 
  • Implementation des Gelernten in moderne Robotorsysteme.

Weitere Informationen

Streamlines

Gruppen

Hier stellen sich die Forschungsgruppen der Lebenswissenschaften vor

Groupwork

Projekte

Mehr Informationen zu den Forschungsprojekten.

Neuigkeiten

Digitaler Zell-Zwilling

6. Februar 2024

Digitale Zwillinge: Wege zu Neuentdeckungen in Zellen

FIAS-Forschende entwickeln federführend eine wegweisende Technologie, die im Rahmen der Exzellenzinitiative SCALE in die nächste Förderrunde startet.

Zum 50-jährigen Jubiläum der renommierten Zeitschrift "Cell" veröffentlicht FIAS-Fellow Roberto Covino mit Koautor:innen einen Beitrag zur Zukunft der Struktur- und Zellbiologie. Sie beschreiben die a…

18. Dezember 2023

Promotion mit beeindruckender Publikationsliste

Gustavo Hernandez Mejia promoviert über Influenza-Infektionen

Gustavo Hernandez Mejia aus der FIAS-Forschungsgruppe von Esteban Vargas, betreut von FIAS-Fellow Franziska Matthäus, verteidigte am 18. Dezember seine Doktorarbeit. In seiner Promotion untersuchte er…

Elpelt Science Slam (c) Störiko

24. November 2023

Future Groove Slam mit FIAS-Doktorand

Das ‚ON/NO FUTURE FESTIVALS‘ der Heinrich-Böll-Stiftung Hessen am 24. November stand im Zeichen der Zukunft. FIAS-Doktorand Jonas Elpelt moderierte den U20-Science-Slam und nahm am „Future Groove Slam…

R. Steinberg, H. Schäfer August 2023

9. August 2023

Das Netzwerk der spezifischen Immunantwort verstehen

Steinberg-Stiftungsfonds fördert Hendrik Schäfer

Der Rudolf-Steinberg-Stiftungsfonds förderte den Bioinformatiker Dr. Hendrik Schäfer am FIAS. Nun stellte Schäfer seine Erkenntnisse zu follikulären dendritischen Zellen vor, die netzwerkartige Strukt…

Caenorhabditis-LITE-1

7. August 2023

Licht erkennen ohne Augen

Aufklärung eines lichtgesteuerten Ionenkanals mit Hilfe künstlicher Intelligenz

FIAS-Fellow Gerhard Hummer und Doktorandin Serena Arghittu sind maßgeblich beteiligt an der Aufklärung der Struktur eines neuartigen Lichtsensors des Fadenwurms Caenorhabditis elegans.…

Glutathion - Emmert, Thallmair et al 2023

13. Juli 2023

Sensor ermöglicht Analyse eines wichtigen zellulären Abfangjägers

Glutathionkonzentration wird messbar

Im Stoffwechsel von Zellen fallen aggressive Sauerstoffverbindungen an, die Proteine oder DNA schädigen können. Um diese Sauerstoffverbindungen abzufangen, verwenden Zellen das Peptid Glutathion. Ein …

ATG (Covino/Gianmarco)

3. Juli 2023

Einblicke in das Recycling unserer Zellen

Forschenden am FIAS ist ein bedeutender Durchbruch im Verständnis der Autophagie gelungen, einem lebenswichtigen zellulären Mechanismus für Abbau und Recycling beschädigter Zellbestandteile. Ihre in Z…

Josephine Tetteh

25. April 2023

Promotion Josephine Tetteh

Modellierung resistenter Infektionen

Josephine Naa Ayeley Tetteh aus der Gruppe von Esteban Hernandez-Vargas hat ihre Doktorarbeit am 11. April 2023 virtuell verteidigt. Ihre Promotion befasst sich mit der Anwendung mathematischer und co…

Gordon Pipa

6. März 2023

Informationsverarbeitung im Gehirn verstehen

Gordon Pipa neuer FIAS-Fellow

Das FIAS konnte den Neuroinformatiker Prof. Dr. Gordon Pipa als neuen Fellow gewinnen. Der Lehrstuhlinhaber für Neuroinformatik und Direktor des Instituts für Kognitionswissenschaft an der Universität…

Influenza

29. November 2022

Verlauf von Grippe-Infektionen vorhersagen

Wenige Tropfen Blut könnten ausreichen, um den Verlauf einer Grippeerkrankung vorherzusagen. Das legt eine Studie des Teams um Esteban Hernandez-Vargas am FIAS nahe, gemeinsam mit Infektiolog:innen de…

23. September 2022

Drei Posterpreise auf der ECMTB 2022

Die Gruppe von Franziska Matthäus freut sich über drei Posterpeise auf der European Conference on Mathematical and Theoretical Biology, https://ecmtb2022.org/. Diese mit 750 Teilnehmenden große Konfer…

7. September 2022

Neue Bindestelle an Zellmembran identifiziert

Rolle bei Erkrankungen von Netzhaut und Gehör

Die Wechselwirkungen von Proteinen und Lipiden (Fetten) in Membranen untersucht ein Team um Sebastian Thallmair am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) mit Hilfe von Modellrechnungen. Im fa…

5. August 2022

Wie erkennt das Gehirn eine Orange?

DFG-Forschungsgruppe zur Abstraktion im Gehirn und besseren KI-Systemen

Wie abstraktes Wissen im Gehirn gespeichert wird, untersuchen Psycholog:innen und Informatiker:innen in der neuen DFG-Forschungsgruppe ARENA. Die Erkenntnisse sollen umgekehrt dazu beitragen, künstlic…

19. Juli 2022

Wir gratulieren Bastian Eppler zur Promotion!

Bastian Eppler aus der FIAS-Arbeitsgruppe von Matthias Kaschube verteidigte seine Arbeit am 19. Juli und konnte hinterher mit dem Team entspannt feiern. In seiner Promotion studierte er die Mechanisme…