Max-Planck-Institut für Hirnforschung

Max-Planck-Institut für Hirnforschung

Kein zweites Organ ist so komplex wie das menschliche Gehirn. Jede der rund 100 Milliarden Nervenzellen oder Neurone kann mit tausenden anderen Neuronen in Verbindung stehen. Das “Produkt” des Gehirns — Verhalten, Handlung, Wahrnehmung, Sprache, Erkenntnis und vieles mehr — ist außerordentlich vielfältig und noch immer rätselhaft. Das Max-Planck-Institut für Hirnforschung widmet sich der Erforschung der Gehirnfunktion auf mechanistischen und rechnerischen Ebenen. Der Fokus liegt dabei auf der Funktionsweise der Schaltkreise im Gehirn beginnend bei den Molekülen in einer einzelnen Hirnzelle, über die Vernetzung von Neuronen in einem lokalen Schaltkreis bis hin zu größeren Gehirnsystemen.

Um grundlegende Erkenntnisse über die Gehirnfunktion zu gewinnen, untersuchen die Wissenschaftler des Instituts weniger komplexe Nervensysteme wie die von Nagetieren, Schildkröten und Fischen. Sie messen wie diese sensorische Informationen verarbeiten, wie Erinnerungen entstehen und gespeichert werden, wie Tiere schlafen und wie sie sich in ihrem Verhalten an veränderte Bedingungen anpassen. Letztendlich wollen die Forscher die grundlegenden Regeln verstehen, die der Funktionsweise des Gehirns zugrunde liegen und so deren Beitrag zu Wahrnehmung und Verhalten klären. Hierzu verwenden sie molekularbiologische, bildgebende, elektronmikroskopische, genetische, und elektrophysiologische Verfahren sowie auch Methoden der Verhaltensforschung und numerische Simulationen.

Kontakt

Max-von-Laue-Str. 4
60438 Frankfurt am Main
Telefon: +49 69 850033-0
Fax: +49 69 850033-1599

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):
IMPRS for Neural Circuits

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Max-Planck-Forscher entwickeln eine Technik, mit der sie neue Proteine in unterschiedlichen Zelltypen des Mäusegehirns identifizieren können mehr
Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde
Wissenschaftler entschlüsseln grundlegendes Verschaltungsmuster des Gehirns mehr
Neuronale Netzwerke zehnmal schneller entschlüsselt
Flug durchs Gehirn dank neuer Visualisierungs-Software mehr
Zellzahl bestimmt Struktur neuronaler Karten
Frankfurter Forscher finden eine einfache Erklärung für die typischen Muster von Nervenzellen innerhalb neuronaler Karten mehr
MaxPlanck@TUM auf Kurs
Premiere für „MaxPlanck@TUM“: Sieben herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wurden nun als Max-Planck-Forschungsgruppenleiter und gleichzeitig als Tenure-Track-Professoren der TUM berufen. mehr
Bartagamen im Tiefschlaf
Die unterschiedlichen Schlafphasen des Gehirns entwickelten sich schon früh in der Evolution der Wirbeltiere mehr
Ausgezeichneter Nachwuchs
Tatjana Tchumatchenko, Tobias Erb und Ludovic Righetti erhalten den Heinz Maier-Leibnitz-Preis 2016 mehr
Die Untersuchungen zu den im Frühjahr 2015 wiederentdeckten menschlichen Hirnschnitten aus dem Nachlass des Arztes und Hirnforschers Julius Hallervorden im Archiv in Berlin haben den Präsidenten der Max-Planck-Gesellschaft jetzt veranlasst, eine Gesamtrevision an allen Max-Planck-Instituten zu verfügen, die Sammlungen von Humanpräparaten besitzen. mehr
Hunde und Affen besitzen Molekül für Magnetfeld-Wahrnehmung im Auge
Hundeartige Raubtiere sowie einige Affenarten können sich möglicherweise ähnlich wie Vögel am Erdmagnetfeld orientieren mehr
Wider das Vergessen

Wider das Vergessen

Meldung 30. Oktober 2015
Zum Gedenken an die Ermordung von 38 Kindern in der ehemaligen Landesanstalt Brandenburg-Görden im Oktober 1940 hatte das Max-Planck-Institut für Hirnforschung zu einem Vortrag mit Prof. Paul Weindling (Oxford) eingeladen. mehr
Schnellere Rekonstruktion des Konnektoms

Schnellere Rekonstruktion des Konnektoms

Meldung 24. September 2015
Wissenschaftler beschleunigen Analyse von Nervenverbindungen um mehr als das Zehnfache mehr
Taktgeber für Hirnwellen

Taktgeber für Hirnwellen

Meldung 18. November 2014
Hemmende Nervenzellen und elektrische Synapsen bestimmen die Frequenz von rhythmischer Aktivität im Gehirn mehr
Die Farbspiele des Tintenfischs

Die Farbspiele des Tintenfischs

Meldung 1. August 2014
Max-Planck-Forscher untersuchen die Farbwellen von Metasepia tullbergi mehr
Hören mit den Schädelknochen

Hören mit den Schädelknochen

Meldung 26. Juni 2014
Ein neues Modell erklärt, warum wir Schallwellen auch dann wahrnehmen, wenn sie durch die Knochen geleitet werden mehr
"An diesem Ort werden viele großartige Dinge möglich sein"
Erin Schuman und Gilles Laurent über Zusammenarbeit und Frauenförderung am Max-Planck-Institut für Hirnforschung mehr
Vor 100 Jahren wurde in Berlin das Kaiser-Wilhelm-Institut für Hirnforschung gegründet. Erster Direktor war Oskar Vogt, ein ehrgeiziger Wissenschaftler, der mit der Untersuchung von Lenins Gehirn berühmt wurde. Seine Frau Cécile und er lieferten wichtige Erkenntnisse zum Bau der Großhirnrinde – und saßen auch manchem Irrtum auf.
Momentan sind keine Angebote vorhanden.

Neue technologische Fortschritte haben eine neue Ära der neurowissenschaftlichen Forschung eröffnet.Sie ermöglichen es, umfangreiche Datensätze aus dem Gehirn zu erlangen und diese mit neuartigen analytischen Techniken und Algorithmen zu modellieren und interpretieren. Computergestützte und mathematische Ansätze werden genutzt, um zu erforschen, wie neurale Aktivität die Organisation von Schaltkreisen und Dynamiken formt. Dabei dienen Mehrkanal-Ableitungen dazu, den neuralen Kode für räumliche Navigation zu dechiffrieren.

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Wissenschaftler am MPI für Hirnforschung arbeiten daran, die Regeln der Informationsverarbeitung im Gehirn mit Hilfe einfacherer Systeme und Modellorganismen experimentell zu entschlüsseln. Dabei konzentrieren sie sich hauptsächlich auf die Informationsverarbeitung in der Hirnrinde (Kortex). Neben Säugetieren besitzen nur Reptilien einen geschichteten Kortex, der bei ihnen allerdings deutlich einfacher aufgebaut ist. Die Gruppe von Gilles Laurent untersucht den visuellen Kortex, die kortikale Dynamik – Aktivitätswellen und Oszillationen – sowie den Schlaf von Schildkröten und Bartagamen.

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Connectomics: Netzwerkkarten des Säugetiergehirns

2015 Helmstaedter, Moritz
Neurobiologie

Das komplexe Kommunikationsnetzwerk der Nervenzellen im Gehirn, das Connectom, ist notwendige Grundlage der beeindruckenden Gehirnleistungen. In den letzten Jahren ist es gelungen, Teile des Connectoms im Säugetiergehirn zu vermessen: Die MPG-Forscher Winfried Denk und Moritz Helmstaedter kartierten das lokale Connectom der Mausnetzhaut. In der 2014 installierten Abteilung "Connectomics" arbeitet Helmstaedter an der Netzwerkvermessung in der Hirnrinde, um herauszufinden, wie durch Kombination von Erfahrung und neuen sensorischen Reizen Objekte in der Umwelt erkannt und benannt werden.

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Theoretische und experimentelle Analyse neuronaler Schaltkreise

2014 Tchumatchenko, Tatjana; Letzkus, Johannes
Neurobiologie

Das Gehirn ist das mit Abstand komplexeste System, das wir kennen. Am MPI für Hirnforschung verwenden zwei neue Forschergruppen komplementäre Ansätze, um die Funktion neuronaler Schaltkreise besser zu verstehen: Tatjana Tchumatchenko’s Gruppe nutzt theoretische Ansätze zur Erforschung neuronaler Informationskodierung. Johannes Letzkus‘ Team verwendet experimentelle Ansätze wie 2-Photonen-Mikroskopie und Optogenetik, um aufzuklären, welche Aktivitätsmuster in neokortikalen Schaltkreisen bei verschiedenen Verhaltensmustern auftreten und wie diese Aktivität das Verhalten des Tiers beeinflusst.

 

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Dem Gedächtnis auf der molekularen Spur – wie man Lernen sichtbar macht

2013 tom Dieck, Susanne; Schuman, Erin
Neurobiologie

Als ein Grundmechanismus von Lernen und Gedächtnis gilt, dass einzelne Kommunikationsstellen einer Nervenzelle unabhängig von den benachbarten Stellen verändert werden können. Eine einleuchtende Erklärung, wie ein Neuron das bewerkstelligt, fand man mit dem Nachweis, dass manche Proteine direkt in der Nähe dieser Kontaktstellen erzeugt werden können. Wissenschaftler am MPI für Hirnforschung konnten zeigen, dass die Vielfalt der in Neuronen-Ausläufern lokalisierten Proteinbaupläne wesentlich höher ist als bisher angenommen – ein dramatischer Wandel des Bildes von der neuronalen Welt.

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Neuroblastom: Entstehung eines Tumors im Kindesalter

2012 Rohrer, Hermann
Entwicklungsbiologie Neurobiologie
Neuroblastoma-Tumore (NB) entstehen im Kindesalter aus unreifen Zellen des sympathischen Nervensystems. Die Vermehrung sympathischer Nervenzellen während der Entwicklung unterscheidet sich stark von der Neurogenese in anderen Teilen des Nervensystems. Die Proliferation in sympathischen Ganglien wird von Phox2b und Alk kontrolliert, die bei NB in mutierter Form vorliegen.  Die Expression dieser mutierten Proteine in embryonalen sympathischen Ganglien führte zur Identifizierung von Signalwegen, welche die normale Proliferationskontrolle außer Kraft setzen und zur Entstehung von NB beitragen. mehr

Bewusste Wahrnehmung als dynamischer und plastischer Prozess

2011 Melloni, Lucia; Schwiedrzik, Caspar M.
Neurobiologie Physiologie
Welche Faktoren bestimmen, ob ein Reiz bewusst wahrgenommen oder unbewusst verarbeitet wird? Am MPI für Hirnforschung wird untersucht, wie sich bestehendes Wissen auf die Wahrnehmung und auf die der Wahrnehmung zugrunde liegenden neuronalen Prozesse auswirkt. Ferner wird untersucht, ob bewusste Wahrnehmung erlernbar ist. Die Ergebnisse zeigen, dass bewusste Wahrnehmung nicht nur davon abhängt, wie viel Information ein Reiz liefert. Vielmehr ist sie das Ergebnis eines plastischen und integrativen Prozesses, im Zuge dessen aktuell eingehende Information mit zuvor erworbenem Wissen interagiert. mehr
Die Lichtsinneszellen (Fotorezeptoren) in der Retina bestimmen, welche Informationen das Sehsystem zur weiteren Verarbeitung bekommt. Alle Säugetiere besitzen Stäbchen-Fotorezeptoren für das Dämmerungs- und Nachtsehen sowie Zapfen-Fotorezeptoren für das Tageslicht- und Farbensehen. Dieser Grundbauplan ist allerdings recht flexibel und zeigt artspezifische Anpassungen an unterschiedliche visuelle Erfordernisse, zum Beispiel Unterschiede im Farbsehvermögen, Ultraviolettsehen oder Farbenblindheit. Die Stäbchenkerne nachtaktiver Säuger wirken als Sammellinsen zur besseren Lichtausbeute. mehr

Fehlfunktionen hemmender Synapsen als Ursache neurologischer Erkrankungen

2009 Eulenburg, Volker; Betz, Heinrich
Medizin Neurobiologie
Glyzin und GABA sind die beiden wichtigsten hemmenden Botenstoffe im zentralen Nervensystem. Störungen der hemmenden Erregungsübertragung konnten bereits mit neurologischen Erkrankungen wie Epilepsie oder Hyperekplexie assoziiert werden. Durch die Analyse gentechnisch veränderter Mäuse wurden nun zwei neue Genorte, das Collybistin- und das Glyzintransporter 2-Gen, als an diesen Krankheiten beteiligt identifiziert. Genetische Untersuchungen an Patienten belegen, dass beide Genorte in der Tat Krankheitsgene beim Menschen darstellen. mehr

Die duale Rolle des Neurotransmitters Glyzin im zentralen Nervensystem

2009 Laube, Bodo; Betz, Heinrich
Neurobiologie
Die einfachste aller Aminosäuren, das Glyzin, wirkt im zentralen Nervensystem von Säugern sowohl als hemmender Neurotransmitter an Strychnin-sensitiven Glyzinrezeptoren als auch zusammen mit Glutamat erregend an den sogenannten N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptoren. Neuere Untersuchungen zeigen, dass Glyzin auch als alleiniger Agonist an einem bisher wenig untersuchten NMDA-Rezeptorsubtyp wirken kann, der als „exzitatorischer Glyzinrezeptor“ bezeichnet wird. Die Ergebnisse am MPI für Hirnforschung belegen eine zentrale Rolle von Glyzin bei der Regulation neuronaler Aktivität. mehr

Neuronale Synchronisation als Mechanismus für Pathologie und Entwicklung in kortikalen Netzwerken

2008 Uhlhaas, Peter J.
Kognitionsforschung Medizin Neurobiologie
Die Synchronisation oszillatorischer Aktivität stellt einen möglichen Mechanismus dar, um die hochgradig verteilten neuronalen Antworten in kortikalen Netzwerken zu koordinieren. Neben der Bedeutung für das Verständnis von kognitiven Prozessen mehren sich die Hinweise, dass neuronale Synchronisationsphänomene auch Aufschlüsse über die Pathophysiologie und Entwicklung von psychiatrischen Störungen, wie z.B. der Schizophrenie, liefern können. mehr

Kontextuelle Integration in der primären Sehrinde

2008 Schmidt, Kerstin E.
Neurobiologie
Nervenzellen in der primären Sehrinde wurden für Analyseeinheiten winziger Gesichtsfeldausschnitte (rezeptive Felder) gehalten. Heute ist bekannt, dass die neuronale Antwort durch den Kontext, in dem der optimale Reiz präsentiert wird, moduliert wird. Mittels optischer Ableitung wird untersucht, wie komplexe Sehreize in Populationsantworten integriert werden und welche neuronalen Strukturen die unterschwelligen modulierenden Einflüsse vermitteln. mehr

Glyzin, ein hemmender Neurotransmitter in der Netzhaut

2007 Wässle, Heinz
Neurobiologie
Die Netzhaut (Retina) ist die lichtempfindliche Schicht in unserem Auge. Sie bildet sich während der Embryogenese als Ausstülpung des Zwischenhirns. Durch ihre definierte Funktion, ihren klaren Aufbau und ihre gute Zugänglichkeit bietet sich die Netzhaut als Modellsystem für Untersuchungen des Zentralnervensystems an. Dieser Abeitsbericht beschreibt die Kontaktstellen (Synapsen) zwischen den Nervenzellen der Netzhaut, an denen der hemmende Botenstoff (Neurotransmitter) Glyzin ausgeschüttet wird. mehr

Signale aus Zielorganen bestimmen die Differenzierung von Nervenzellen

2007 Rohrer, Hermann
Entwicklungsbiologie Neurobiologie
Die Entwicklung des Nervensystems erfordert Mechanismen, welche die Differenzierung unterschiedlicher Nervenzellen steuern. Im peripheren Nervensystem bestimmen Signale aus innervierten Zielorganen die funktionelle Spezialisierung von Nervenzellen. Faktoren der gp130-Zytokinfamilie sind in vivo für die zielorganabhängige Differenzierung cholinerger sympathischer Neuronen verantwortlich. mehr
Die Signalverarbeitung in der Großhirnrinde wird maßgeblich von den zugrunde liegenden Verbindungsstrukturen bestimmt. Bisherige Konzepte dazu bauen im Wesentlichen auf der Rolle von feed-forward-Verbindungen auf, die primäre und höhere kortikale Areale verbinden. Dieser Ansatz vernachlässigt jedoch, dass auch in der Gegenrichtung massive Projektionen Signale von höheren Arealen zurück in die primären sensorischen Hirnareale bringen. Wir haben die funktionelle Rolle solcher feed-back-Verbindungen durch Kombination von optischen und elektrophysiologischen Ableitemethoden mit reversiblen Deaktivierungsmethoden untersucht und konnten zeigen, dass feed-back -Verbindungen eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von sensorischen Eingangssignalen spielen. Des Weiteren wurde untersucht, wie erfahrungsabhängige Plastizität von kortikalen Repräsentationen gesteuert wird. Diese Studien ergaben, dass die Induktion von plastischen Veränderungen in kortikalen Netzwerken entscheidend vom Kontext und globalen Aktivierungszustand, in dem die entsprechenden Reize präsentiert werden, abhängen. mehr
Die Großhirnrinde der Säuger ist aus zwei Grundformen von Nervenzellen aufgebaut: aus erregenden Projektionsneuronen und hemmenden Interneuronen. Die erregende bzw. hemmende Wirkung wird maßgebend durch den freigesetzten Transmitter Glutamat bzw. γ-Aminobuttersäure (GABA) bestimmt. Die Transmitterfreisetzung findet an den Synapsen, den Kommunikationstellen zwischen Nervenzellen, statt. Nur das balancierte Zusammenwirken von Erregung und Hemmung in neuronalen Netzwerken ermöglicht die Verarbeitungsleistung der Großhirnrinde. Dabei ist die Regulation der Übertragungsstärke an den Synapsen ein zentrales Element der neuronalen Signalverarbeitung. Die selbstständige Nachwuchsgruppe „Synaptische Regulation und Funktion“ untersucht Regulationsmechanismen an glutamatergen Synapsen mit zwei Schwerpunkten: die Rolle elektrischer Signalprozesse an den präsynaptischen Endigungen für die Transmitterfreisetzung und die Langzeitplastizität der glutamatergen Erregung hemmender Interneurone. Diese Fragestellungen werden unter Einsatz der Patch-Clamp-Technik in Hirnschnittpräparaten von Nagern bearbeitet. mehr

Molekulare Analyse der synaptischen Hemmung

2004 Betz, Heinrich; Müller, Ulrike
Neurobiologie
Die Aktivitäten des Nervensystems werden durch das präzise Zusammenspiel von erregenden und hemmenden Impulsen bestimmt. Die Abteilung Neurochemie erforscht die molekularen Mechanismen, welche Hemmung an zentralnervösen Schaltstellen zwischen Nervenzellen vermitteln. Dabei gilt ein besonderes Interesse der Funktion von Membranproteinen, welche Hemmung durch die Aminosäure Glyzin vermitteln oder regulieren. Im Berichtsjahr konnten durch die Herstellung von Mausmutanten für spezifische Subtypen von sog. Glyzintransportern und Glyzinrezeptoren wichtige Funktionen bei der Hemmung motorischer und Schmerzempfindungen übertragender Schaltkreise identifiziert werden. Die erhaltenen Befunde sind für die Entwicklung neuer Neuropharmaka wichtig. mehr
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