Ziele des Forschungszentrums Neurosensorik

Wie kommen die Bilder in unseren Kopf oder die Musik in unsere Ohren?

Das Forschungszentrum Neurosensorik will Antworten auf diese und ähnliche Fragen finden. Neurobiologen, Psychophysiker, Mediziner, Psychologen und Informatiker arbeiten gemeinsam an der Aufklärung der Prozesse, durch die unser Gehirn auf der Grundlage der Meldungen unserer Sinnesorgane ein inneres Bild der uns umgebenden Welt erstellt. Dabei geht es um Vorgänge, die in den Sinnesorganen aus der Flut der Sinneseindrücke erste sensorische Bausteine erstellen und um die Prozesse, die daraus im Gehirn eine Wahrnehmung konstruieren. Besonderes Augenmerk wird auf die Untersuchung von Interaktionen verschiedener Sinneseindrücke gelegt. Entsprechend der interdisziplinären Zusammensetzung des Forschungszentrums wird eine Reihe moderner Techniken verwendet, die von der Molekularbiologie über bildgebende Verfahren bis hin zur Algorithmenentwicklung reicht.

An der Universität Oldenburg haben sich in den vergangenen Jahren in dem Bereich der neuronalen Sensorik mehrere Arbeitgruppen etabliert. Das Forschungszentrum Neurosensorik  versteht sich als Dachorganisation für diese Gruppen. Es bündelt  die interdisziplinär angelegten Aktivitäten der verschiedenen Arbeitsgruppen und übernimmt darüber hinaus eine aktive Rolle bei der Förderung der Zusammenarbeit mit außeruniversitären Institutionen. Eine wichtige Aufgabe des Zentrums ist die Förderung des Wissenschaftlichen Nachwuchses und die Weiterbildung in den betreffenden Forschungsgebieten.

Das Forschungszentrum gliedert sich in die drei Projektbereiche Perzeption, Robotik und Prothetik.

Perzeption:

Untersucht wird die Umsetzung eines äußeren Stimulus (optisch, akustisch oder mechanisch) durch ein biologisches System vom primären Sinnes-Rezeptor bis zu einer Reaktion. Besondere Beachtung findet dabei die Transformation des physikalischen Stimulus in seine "interne Repräsentation", die durch ein spezifisches neuronales Erkennungsmuster modelliert werden kann. Neuronale Merkmals-Detektoren spielen dabei eine entscheidende Rolle; ihre Struktur und Funktion werden neurobiologisch und psychophysikalisch anhand von Modellen untersucht. Die sich anschließende Bildung von perzeptiven Objekten (z.B. Hörobjekten) wird durch ein Wechselspiel von Stimulus-getriebenene bottom-up Prozessen und Hypothesen-gesteuerten top-down Mechanismen charakterisiert.
Durch den Vergleich und die direkte Umsetzung von neurophysiologischem oder psychophysikalischem Experiment, Modellierung der Verarbeitung im Sinnessystem und einer Implementierung technischer Systeme (z.B. Spracherkenner, Hörgeräte) erhoffen sich die Arbeitsgruppen ein besseres Verständnis der neuronalen Verarbeitungsmechanismen von Sinnesreizen und einen Fortschritt bei der technischen Verarbeitung und Erkennung von optischen, akustischen und mechanischen Sinnesreizen.

Robotik:

Darunter versteht man allgemein die Erweiterung und Ergänzung der limitierten menschlichen Manipulationsfähigkeit. An der Universität Oldenburg besteht ein Schwerpunkt in den Bereichen Mikrorobotik und in der Mikrohandhabung und Manipulation unter speziellen Umgebungsbedingungen wie Vakuum, starke Magnetfelder, Strahlung. Anwendungsbereiche liegen u.a. in der Automatisierung der Materialprüfung auf der Nanoskala, der Handhabung biologischer Zellen sowie die Assistenz bei radiologischen und minimalinvasiven Eingriffen in der Medizin.
Neben der eigentlichen automatisierten Roboterhandhabung sind zur regelungstechnischen Stabilisierung der Prozesse die sensorische Erfassung der mikro- oder nanoskopischen Objekte sowie die Einbindung eines menschlichen Bedieners notwendig. Zu den genannten Objekten gehören Licht- und Rasterkraftmikroskopie, medizinische Bildgebung wie CT, MRT und Ultraschall, Rasterelektronenmikroskopie, Kraftsensorik, etc.
Offene Forschungsfragen sind hier die Anpassung der Sensordaten in eine für den Bediener verständliche Darstellungsform sowie die Erfassung der Reaktion des Benutzers und die Umsetzung auf geeignete Roboteraktionen. Die Erkenntnisse aus der Perzeption dienen als Grundlage für neuartige Konzepte und Kooperation mit Robotersystemen. Aktuell untersucht wird der Einsatz künstlicher neuronaler Netze und der Fuzzy-Logik zur Verarbeitung unvollständiger oder verrauschter Sensorinformationen. Diese Forschungsaktivitäten werden ergänzt durch die Implementierung neuer Mikrorobotersysteme, Entwurfsunterstützungssysteme und Architekturansätze für die Robotersteuerung.

Prothetik:

Als Prothetik wird die Wiederherstellung oder Ersetzung der normalen sensorischen und motorischen Fähigkeiten eines Menschen verstanden. Der Schwerpunkt dieses Projektbereiches liegt in der Untersuchung technischer Systeme für die Umsetzung akustischer und optischer Reize.
Der neurobiologische Forschungsansatz ist hier eng verbunden mit den Material-
wissenschaften und der Informationsverarbeitung. Diese Kooperation hat zum Ziel, technische Ersatzsysteme für biologische Sinnesleistungen des Menschen zu entwickeln. Von der Materialseite stehen anorganische / organische Heteroverbindungen im Fokus. Diese neuartigen Verbindungen stellen in Bezug auf ihre Biokompatibilität einen sehr guten Kompromiss dar, dessen Potenzial in der bisherigen Realisation noch weitgehend ungenutzt ist. Voraussetzung für die Entwicklung und Testung solcher Verbindungen sind präparative, spektroskopische und raster-sondenmikroskopische Verfahren, die innerhalb des Forschungszentrums zur Verfügung stehen.
Zentrales Forschungsthema sind die auditiven und visuellen Sinnesleistungen. Hier verfügen die Mitglieder des Forschungszentrums Neurosensorik über eine umfassende Expertise, die von der Aufklärung der Signaltransduktionsprozesse bis zu den neuronalen Grundlagen kognitiver Prozesse reicht. Dabei kommt ein breites Methodenspektrum zur Anwendung unter Einbeziehung von molekularbiologischen, neuroanatomischen und elektrophysiologischen Techniken bis hin zur Bildgebung, psychophysikalischen Methoden und Modellbildung.

Forschungszentrum Neurosensorik

   Ordnung des Forschungszentrums Neurosensorik vom 11.12.2003