Computer Modellierung

Mit Hilfe moderner Bildgebungsverfahren werden Gehirnaktivitäten gemessen, computergestützt analysiert und mathematisch direkt mit dem Verhalten der Versuchsperson in Beziehung gesetzt. Das IFB kooperiert hier mit dem Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig.

Computer Modellierung NWG
Prof. Dr. Jane Neumann bei der Arbeit (Foto: IFB Adipositas)

Kognitive Mechanismen wie die Fehlererkennung und die Verarbeitung von Belohnungssignalen oder von negativen Rückmeldungen bilden die Grundlage menschlicher Entscheidungsprozesse und des Lernens. Adipositas geht mit Veränderungen in diesen Mechanismen einher.

Das wissenschaftliche Ziel der Nachwuchsgruppe ist die systematische Untersuchung dieser Veränderungen und eine damit verbundene Entwicklung umfassender computationaler Modelle der beteiligten Hirnprozesse. Dabei werden computerbasierte Analysemethoden der Informatik genutzt, um komplexe medizinisch-neurowissenschaftliche Fragestellungen zu lösen.

Mit Hilfe moderner Bildgebungsverfahren gemessene Gehirnaktivität wird computergestützt analysiert und mathematisch direkt mit dem Verhalten der Versuchsperson in Beziehung gesetzt. Die so gewonnenen computationalen Modelle sollen Entscheidungs- und Lernprozesse im gesunden Hirn und ihre kognitive Veränderungen in Bezug auf Adipositas widerspiegeln und erklären.

Wissenschaftliche Schwerpunkte der Nachwuchsforschungsgruppe

  • Modellbasierte funktionelle Magnent-Resonanz-Tomografie (fMRT):  die Verbindung von Computermodellen und funktioneller Bildgebung des Hirns, die es ermöglicht, das Verhalten jedes einzelnen Probanden direkt mit der Hirnaktivität in Beziehung zu setzen.
  • Konnektivitätsanalysen: die Untersuchung von Hirnnetzwerken mit Hilfe der Graphentheorie und mathematischer Netzwerkmodelle
  • Metaanalysen: die gleichzeitige Analyse großer und paradigmen-übergreifender Datenmengen aus unabhängig durchgeführten fMRT und Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Studien
  • PET/fMRT: die simultane Messung von Hirnaktivität und Veränderungen in Neurotransmittersystemen (z.B. Dopamin und Serotonin)

Erste Resultate der Arbeit zeigen Adipositas-spezifische physiologische Reaktionen und Verhaltensveränderungen bei der Verarbeitung von Essensreizen, aber auch bei negativen Rückmeldungen in Lernaufgaben außerhalb des Essenskontextes. Dies geht mit funktionellen Veränderungen vor allem im Belohnungssystem des Hirns und im präfrontalen Cortex einher. Darüber hinaus werden mögliche Parallelen zwischen Veränderungen in Hirnstruktur und -funktion bei Adipositas und Suchterkrankungen untersucht.

Die Nachwuchsgruppe integriert verschiedene Forschungsdisziplinen, die bisher zum großen Teil unabhängig an den gleichen Fragestellungen und Forschungszielen gearbeitet haben. Sie erlaubt eine enge Zusammenarbeit von Wissenschaftlern aus der kognitiven Psychologie,  Medizin und Biologie mit Informatikern und Mathematikern. Durch die Zusammenführung dieser Forschungszweige können generelle Erkenntnisse zu Lern- und Entscheidungsprozessen erweitert und kausale Zusammenhänge zwischen funktionellen Veränderungen im Hirn, Adipositas und menschlichem Lern- und Entscheidungsverhalten hergestellt werden.

Die Arbeitsgruppe arbeitet eng mit anderen Nachwuchsgruppen des IFB (Annette Horstmann, Wiebke Fenske) und IFB Professuren (Swen Hesse, Anja Hilbert, Peter Kovac) sowie Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften Leipzig zusammen und ist Teil des Leipziger O’Brain Project.

Laufzeit:  2010 - 2015

Mitarbeiter/innen:

Prof. Dr. Jane Neumann (Gruppenleiterin)
Dr. Isabel Garcia-Garcia (Postdoc, gefördert von MaxNetAging)
Lucas Kastner (Medizin-Doktorand, MD Pro1)
Dipl.-psych. Jana Kube (Doktorandin)
Dipl.-math. David Mathar (Doktorand, gefördert von der FAZIT-Stiftung)
Christoph Mühlberg (Medizin-Doktorand, MS Pro)
Anke Theileman (B. Sc. Sportmanagement, wissenschaftliche Hilfskraft)
Carolin Wickner (B. Sc. Biologie, wissenschaftliche Hilfskraft)

Die Nachwuchsforschungsgruppe wird von Privatdozentin Dr. habil. Jane Neumann geleitet.

Prof. Dr. Jane Neumann

Leitung Nachwuchsgruppe "Computationale Modellierung belohnungsbasierter Lern- und Entscheidungsprozesse"
Mitglied: Vorstand, Interne Begutachtungskommission
Projektleitung

+49 341 99-402621

neumann [at] cbs [dot] mpg [dot] de