Das Gehirn besser verstehen
Simulation Laboratory Neuroscience in Jülich eingeweiht
In unseren Köpfen arbeitet ein gigantisches Netzwerk. Um die ungeheure Komplexität des menschlichen Gehirns mit seinen rund 100 Milliarden eng miteinander verknüpften Nervenzellen zu verstehen, setzt die Forschung zunehmend auf Supercomputer. Neue Möglichkeiten hierfür bietet das Simulation Laboratory Neuroscience (SLNS) am Forschungszentrum Jülich, welches nun eingeweiht wurde.
Nervenfaserverläufe in Mausgehirnen, dargestellt mit der Methode des Polarized Light Imaging. In diesem Bild sind die Faserverläufe in einem einzelnen, dünnen Schnitt (70 µm Dicke) farbig hervorgehoben. Jedem gemessenen Verlauf wird eine Farbe zugeordnet.
Amunts, Zilles, Axer et. al./ Forschungszentrum Jülich
Einblick in das Innere einer 3D-Rekonstruktion eines menschlichen Gehirns. Die unterschiedlichen Farben zeigen verschiedene Verläufe von Nervenfaserbahnen an. Fasern sind die Grundlage von Netzwerken von Nervenzellen, die verschiedene Hirnfunktionen ermöglichen. Mit der am Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-1)entwickelten dreidimensionalen Polarisationsbildgebung (Polarized Light Imaging) ist es möglich, selbst kleinste Faserverbindungen (hier dargestellt als dreidimensionale Röhren oder "tubes") mit bislang unerreichtem Detailreichtum sichtbar zu machen.
Amunts, Zilles, Axer et. al./ Forschungszentrum Jülich
Die Erforschung des menschlichen Gehirns ist nach wie vor eine der großen Herausforderungen für die Wissenschaft. Je besser Struktur, Funktions- und Arbeitsweise verstanden werden, desto größer sind die Chancen, beispielsweise Erkrankungen des Nervensystems frühzeitig zu erkennen und zu behandeln. Hirnmodelle und Simulationen, die die Forschung entwickelt, orientieren sich dabei immer enger an der Realität und müssen deshalb immer mehr und komplexere Informationen berücksichtigen.
Im neuen Simulation Laboratory Neuroscience arbeiten unter der Leitung von Prof. Abigail Morrison Neurowissenschaftler, Mediziner, Informatiker, Mathematiker und Physiker intensiv zusammen, um den Einsatz von Computersimulationen des Gehirns für die Supercomputer zu optimieren. "Nur mit einem solch breiten interdisziplinären Ansatz können wir den großen Herausforderungen in der heutigen Neurowissenschaft erfolgreich begegnen", erläutert Abigail Morrison die Zusammenstellung ihres Teams.
Das Simulation Laboratory Neuroscience wird von der Helmholtz-Gemeinschaft im Rahmen des Helmholtz-Portfoliothemas "Supercomputing and Modelling for the Human Brain (SMHB)" und von der Jülich Aachen Research Alliance (JARA) gefördert.
Eine zentrale Aufgabe des neuen Simulation Labs sieht Prof. Thomas Lippert, Leiter des Jülich Supercomputing Centres (JSC) und einer der beiden Sprecher des Portfolios, in der Unterstützung der neurowissenschaftlichen Forschung bei der Optimierung von Anwendungen für den Einsatz auf den kontinuierlich weiterentwickelten Hochleistungsrechnern im JSC, wie JUQUEEN, der im Februar eingeweiht wird.
"Das Simulation Lab Neuroscience hat für die neurowissenschaftliche Community einen enorm hohen Stellenwert. Modellierung und Simulation sind sowohl aus Sicht der Grundlagenwissenschaft als auch in Hinblick auf die Entwicklung neuer therapeutischer und diagnostischer Ansätze von zentraler Bedeutung", so Prof. Katrin Amunts, ebenfalls Sprecherin des Portfolios.
Eine besonders ausgeprägte Verbindung besteht zum Nationalen Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience. Diese vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit über 170 Millionen Euro geförderte Initiative vernetzt rund 200 Arbeitsgruppen, die in dieser neuen Forschungsdisziplin arbeiten. Als "Bernstein Facility Simulation and Database Technology" stellt das Simulation Laboratory Neuroscience sein Know-how zur Verfügung, damit die Forscher Supercomputer-Ressourcen effizient nutzen können. "Damit wird in Deutschland Computational Neuroscience noch weiter an das Supercomputing herangebracht", so Prof. Sebastian M. Schmidt, Mitglied des Vorstandes des Forschungszentrums Jülich, bei der Eröffnungsveranstaltung.
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