Das Institut für Hirnforschung erforscht die Funktion und Dynamik neuronaler Netzwerke, insbesondere in Bezug auf adaptives Verhalten, kognitive Prozesse und molekulare Mechanismen. Verschiedene Arbeitsgruppen des Instituts untersuchen, wie Nervenzellen interagieren, Informationen verarbeiten und Verhalten sowie Wahrnehmung beeinflussen. Die Forschung reicht von der molekularen Ebene einzelner Synapsen über lokale neuronale Schaltkreise bis hin zu komplexen Netzwerken.Mit einem breiten Methodenspektrum, das Optogenetik, Calcium Imaging und elektrophysiologische Aufnahmen neuronaler Aktivität umfasst, streben wir an, grundlegende Prinzipien der Gehirnfunktion zu entschlüsseln. Diese Erkenntnisse sollen das Verständnis von Prozessen wie Kognition, Wahrnehmung, Informationsverarbeitung und neuronaler Plastizität vertiefen und neue Einblicke in die komplexen Mechanismen des Gehirns geben.
Institut für Hirnforschung
Wilkommen
Arbeitsgruppen
Neuropharmakologie
Professor Dr. Michael Koch
Die Abteilung für Neuropharmakologie betreibt ein aktives Forschungsprogramm in den Bereichen Verhaltensneurowissenschaften und Neuropharmakologie bei Nagetieren.
Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Rolle des Frontalkortex, des limbischen Systems (Amygdala und Hippocampus) sowie der Basalganglien bei verschiedenen kognitiven Funktionen wie Lernen, Gedächtnis, Aufmerksamkeit, sensorimotorischem Gating, Verhaltensflexibilität und Reaktionsinhibition.
Darüber hinaus interessieren wir uns für die Auswirkungen von Hirnläsionen, Entwicklungsstörungen und Substanzen (z. B. Cannabinoide, Psychostimulanzien und Psychedelika) auf das Verhalten und die kognitiven Funktionen erwachsener Ratten. Diese Gehirnsysteme und kognitiven Funktionen sind relevant für das Verständnis verschiedener neuropsychiatrischer Erkrankungen sowie von Hirnverletzungen.
Wir nutzen eine Vielzahl von Methoden zur Untersuchung dieser Systeme, darunter verschiedene Verhaltensparadigmen zur Erforschung kognitiver Funktionen sowie bildgebende Verfahren, elektrophysiologische und neuroanatomische Techniken.
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Kognitive Neurophysiologie
Prof. Dr. Andreas Kreiter
Die Arbeitsgruppe der kognitiven Neurophysiologie erforscht, wie kognitive Hirnfunktionen – wie beispielsweise Aufmerksamkeit, Arbeitsgedächtnis und Entscheidungsfindung – im Gehirn umgesetzt werden. Unser Fokus liegt dabei darauf, wie sich diese kognitiven Prozesse sowohl auf lokaler als auch auf globaler Ebene in neuronalen Netzwerken manifestieren. Besonders interessiert uns, wie neuronale Netzwerke ihre Dynamik und Antwortmuster anpassen müssen, um diese kognitiven Funktionen zu ermöglichen und letztlich unsere Interaktion mit der Umwelt zu steuern.
Auf lokaler Ebene wird die neuronale Aktivität in spezifischen Hirnregionen so moduliert, dass relevante Informationen verarbeitet und zielgerichtete Reaktionen erzeugt werden. Auf globaler Ebene ist eine koordinierte Interaktion zwischen verschiedenen Hirnarealen erforderlich, um komplexe kognitive Aufgaben zu erfüllen, wie die Integration relevanter Informationen und die Steuerung von Verhalten. Dabei müssen die Netzwerke nicht nur in der Lage sein, dynamisch auf kurzfristige Änderungen in der Umwelt zu reagieren, sondern auch eine Vielzahl unterschiedlicher Informationen simultan zu verarbeiten.
Die Untersuchung dieser Mechanismen hilft uns, die grundlegenden neuronalen Prinzipien zu verstehen wie Informationen im Gehirn verarbeitet werden, sowie wie eine erfolgreiche kognitive Kontrolle und Anpassung an die wechselnden Anforderungen der Umwelt ermöglicht wird.
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Synthetische Biologie
Professor Olivia Masseck
Wir untersuchen die Rolle des Botenstoffs Serotonin, insbesondere seinen Einfluss auf emotionales Verhalten und auf psychische Erkrankungen, wie Angst und Depressionen. Unsere Untersuchungen reichen von der Einzelzellebene bis zum ganzen System.
Hierzu verwenden und analysieren wir unter anderem Methoden aus Molekularbiologie, Optogenetik, Elektrophysiologie, Immunhistochemie und Verhalten.
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Systemneurobiologie
Prof. Dr. Sami Hassan
Unsere Forschung zielt darauf ab, zu verstehen, wie neuronale Aktivität adaptive Verhaltensweisen wie Lernen, Gedächtnis und Entscheidungsfindung steuert. Unter Verwendung von Mäusen als Modell untersuchen wir, wie Gehirnfunktionen – von einzelnen Zellen bis hin zu komplexen Schaltkreisen – diese Prozesse ermöglichen und wie sie bei Erkrankungen wie Schizophrenie und Autismus-Spektrum-Störungen gestört werden.
Ein zentraler Fokus liegt auf der CA2-Region des Hippocampus, die für das soziale Gedächtnis – die Fähigkeit, andere zu erkennen und sich an sie zu erinnern – entscheidend ist. Unsere Arbeit hat gezeigt, wie Veränderungen in dieser Region zu Defiziten im sozialen Gedächtnis bei bestimmten neuropsychiatrischen Erkrankungen führen können. Darüber hinaus haben wir demonstriert, dass die CA2-Region soziale Informationen, wie individuelle Gerüche, auf eine hoch organisierte und komplexe Weise verarbeitet.
Aufbauend auf diesen Entdeckungen untersuchen wir, wie die CA2-Region soziale Informationen in eine einheitliche "soziale Karte" integriert und wie Störungen in diesem Prozess zu neuropsychiatrischen und neurodevelopmentalen Störungen beitragen können. Weiter gefasst zielt unsere Forschung darauf ab, zu verstehen, wie der Hippocampus sensorische Eingaben in interne Modelle umwandelt, die das Verhalten leiten, wobei der Fokus auf sozialen Kontexten liegt und untersucht wird, wie diese Prozesse bei neuropsychiatrischen (z. B. Schizophrenie) und neurodevelopmentalen (z. B. Autismus) Störungen gestört sind.
Um diese Fragen zu beantworten, setzen wir modernste Techniken wie fortgeschrittene Bildgebung, Aufzeichnung der Gehirnaktivität und gezielte Manipulationen ein. Diese Werkzeuge ermöglichen es uns, zu entschlüsseln, wie verschiedene Gehirnkreise zusammenarbeiten, um Verhalten zu unterstützen, und liefern wertvolle Einblicke sowohl in gesunde Funktionen als auch in Krankheitsmechanismen.
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Zellbiologie
Professor Dr. Katrin Deinhardt
Unser Forschungsschwerpunkt betrifft die schöne, aber komplizierte Form einzelner Neuronen und die komplexe intrazelluläre Logistik, die erforderlich ist, um diese Zellen zu bilden sowie ein Leben lang zu erhalten und umzugestalten.
Neuronen erstrecken sich über ausgedehnte Gebiete, die es ihnen ermöglichen, sich direkt mit vom Soma weit entfernten Zellen zu verbinden, wobei jedes einzelne Neuron Tausende von Verbindungen bildet. Unser Forschungsinteresse besteht darin zu verstehen, wie Neuronen die verschiedenen extrazellulären Hinweise, die sie an verschiedenen Stellen der Zelle erhalten, zeitlich und räumlich integrieren, um ihre Struktur und Konnektivität zu erhalten und anzupassen. Zu diesem Zweck untersuchen wir das Zusammenspiel von Transport- und Signalvorgängen über kurze und lange Strecken, und wie diese Ereignisse letztendlich zusammenlaufen, um Veränderungen in der neuronalen Morphologie und Physiologie zu bewirken.
Die Bildung und Aufrechterhaltung neuronaler Verbindungen erfordert morphologische Veränderungen und ist eng mit aktivitätsabhängigen Ereignissen gekoppelt. In dieser Hinsicht ist das Neurotrophin BDNF ein Beispiel für einen stark regulierten Wachstumsfaktor, der intrazelluläre Prozesse auslöst, um Veränderungen der Zellform zu bewirken. Darüber hinaus ist sein Vorläufer, proBDNF, ebenfalls biologisch aktiv und hat weitgehend entgegengesetzte Wirkungen zu denen des reifen BDNF, so dass eine streng kontrollierte, bidirektionale Modulation der neuronalen Morphologie durch einen einzigen Wachstumsfaktor möglich ist. Wir untersuchen, wie BDNF Neuronen in Gesundheit und Krankheit formt.
Studium
Master in Neurowissenschaften
Alle Arbeitsgruppen sind Teil und unterstützen das Masterstudienprogramm "Master in Neurosciences" an der Universität Bremen. Der englischsprachige Masterstudiengang Neurosciences wendet sich an Bachelor-Absolventinnen und -Absolventen, die eine qualifizierte Grundausbildung in den Biowissenschaften, der Physik, der Informatik, der Mathematik oder der Psychologie aufweisen. Das Masterprogramm Neurosciences bietet eine interdisziplinäre Ausbildung in den Neurowissenschaften, die experimentelle und theoretische Forschung und deren Übertragung in die Anwendung kombiniert. Studierende erhalten frühzeitig Wahlmöglichkeiten für eine Spezialisierung entweder in Computational Neurosciences oder in den Experimentellen Neurowissenschaften, ohne sich jedoch auf eine Ausrichtung festlegen zu müssen. Durch forschendes Lernen tritt im Fortlauf des Studiums mehr und mehr das eigenständige Arbeiten in den Vordergrund: zunächst im Rahmen der Advanced Studies, dann in den Lab Projects und abschließend in der Masterarbeit. Absolventinnen und Absolventen des Masterstudiengangs Neurosciences können sowohl im akademischen, als auch im privatwirtschaftlichen und behördlichen Bereich arbeiten. Durch die Ergänzung der experimentellen Neurowissenschaften durch die zweite Spezialisierung Computational Neurosciences werden insbesondere Berufe aus dem IT-/ Data-Science-Bereich für die Studierenden zugänglich. Auswertungen der letzten Jahre zeigen, dass Absolvent*innen vornehmlich eine Promotion im wissenschaftlichen Bereich anschließen (68 %).
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