Die Abteilung N3 arbeitet eng mit den anderen Abteilungen des HIH und dem Universitätsklinikum Tübingen (UKT) zusammen und überführt Grundlagenforschung und technische Innovationen in klinische Anwendungen. Durch enge Verbindungen zum Cyber Valley und der Universität Stuttgart sowie dem interuniversitären Zentrum Bionic Intelligence Tübingen-Stuttgart (BITS) ist die Abteilung Teil des Innovationsbereichs für KI und physische Intelligenz in Tübingen-Stuttgart. Die Abteilung arbeitet eng mit den Max-Planck-Instituten für Intelligente Systeme und Biologische Kybernetik zusammen.
Die Abteilung N3 besteht aus vier Gruppen mit komplementärer Expertise, die alle ein starkes Interesse an der Systemneurowissenschaft und klinisch relevanten Anwendungen haben. Das Methodenspektrum reicht von experimenteller Forschung an Tieren, einschließlich Nagetieren und nichtmenschlichen Primaten, über experimentelle Forschung an Menschen und Patienten bis hin zu Ansätzen aus der theoretischen Neurowissenschaft, Biomechanik und Ingenieurwissenschaften, einschließlich maschinellem Lernen. Die sich ergänzende Expertise dieser Gruppen ermöglicht die Entwicklung neuartiger Ansätze und Technologien zur Beantwortung von Fragen zu verschiedenen Aspekten neurologischer und psychiatrischer Störungen, einschließlich der Entwicklung von Verhaltensmarkern, technischen Systemen zur Unterstützung von Diagnose, Behandlung und Rehabilitation sowie neuartiger Technologien zur Hirnstimulation und -wahrnehmung.
Forschungsgruppen innerhalb der Abteilung N3
Die „Sektion Theoretische Sensomotorik“ (geleitet von Prof. Martin Giese) konzentriert sich auf theoretische Neurowissenschaften und auf quantitative Methoden zur Charakterisierung und Modellierung von Körperbewegungen sowie nichtinvasive neuronale Stimulation. Ein Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung krankheitsspezifischer, alltagsrelevanter motorischer Leistungsmaße für seltene neurodegenerative Erkrankungen. Weitere Arbeiten in Zusammenarbeit mit der Abteilung für Psychiatrie tragen zur quantitativen Bewertung von Verhaltensparametern bei, die für psychische Störungen relevant sind, wobei Multisensorsysteme in realen Situationen eingesetzt werden. In Zusammenarbeit mit dem MPI für Intelligente Systeme und dem “Labor für Systemische Neurophysiologie” werden Technologien zur kortikalen neuronalen Stimulation mithilfe von Mikroagenten und Mikrorobotern erforscht.
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Die Gruppe „Neuromechanik und Rehabilitationsrobotik“ (geleitet von Prof. Daniel Häufle) entwickelt Computermodelle und Simulationen des neuromuskuloskelettalen Systems. In einem mehrstufigen Ansatz berücksichtigt die Gruppe die verschiedenen hierarchischen Ebenen, die zur Bewegungserzeugung beitragen. Dieser interdisziplinäre Ansatz basiert hauptsächlich auf Biophysik, Biomechanik und computergestützter Motorsteuerung. Die Gruppe wendet ihre Expertise in der Neuromechanik an, um die neurologischen Ursachen von Bewegungsstörungen zu untersuchen und um Hilfsgeräte zu entwerfen und zu steuern.
Link zur Forschungsgruppe “Neuromechanik und Rehabilitationsrobotik”
Das „Labor für Aktive Wahrnehmung“ (geleitet von Prof. Ziad Hafed) untersucht die neurophysiologischen Mechanismen, die der aktiven Wahrnehmung in Tiermodellen zugrunde liegen, sowie die Verbindungen dieser untersuchten Mechanismen zur menschlichen Wahrnehmungs- und kognitiven Leistung. Die Gruppe verwendet Techniken zur Überwachung und punktuellen Störung der neuronalen Aktivität in einzelnen Gehirnschaltkreisen, um die funktionellen Beiträge bestimmter Schaltkreise und anatomischer Bahnen zur Koordination von Wahrnehmung und Verhalten zu verstehen. Die Expertise der Gruppe in der Neurophysiologie sensorischer und motorischer Systeme ermöglicht die Entwicklung fortschrittlicher Hirnstimulationstechniken bei Tieren und für fortgeschrittene sensorisch-motorische Aufgaben. Die Gruppe verfügt außerdem über umfassendes Fachwissen zu Augenbewegungen und den detaillierten neuronalen Mechanismen ihrer Steuerung. Dies ergänzt das Fachwissen der anderen Gruppen in der Modellierung von Körperbewegungen und liefert auch wichtiges Wissen über die neuronalen Mechanismen, die die visuelle Modalität mit der motorischen Steuerung integrieren.
Link zur Forschungsgruppe “Labor für Aktive Wahrnehmung”
Das „Labor für Systemische Neurophysiologie“ (unter der Leitung von Prof. Cornelius Schwarz) untersucht das sensorisch-motorische System bei Nagetieren (Schnurrhaar- und Pfotenbewegungen) mit Schwerpunkt auf der neuronalen und Verhaltensebene und verwendet modernste Verhaltensbeobachtung, neuronale Aufzeichnung und Stimulation sowie Bildgebung auf der einzelnen und subneuronalen Ebene. Ihr Ziel ist die Aufklärung und Differenzierung prädiktiver neuronaler Systeme. In Zusammenarbeit mit den Gruppen von Prof. Giese und Prof. Hafed und dem MPI-IS/Stuttgart streben sie die Entwicklung neuartiger, nicht-invasiver Methoden der Hirnstimulation mit Mikro-/Nano-Wirkstoffen an.
Link zur Forschungsgruppe “Labor für Systemische Neurophysiologie”
Profil der N3-Gruppenleiter
Die N3-Gruppenleiter sind Mitglieder nationaler und internationaler Forschungsnetzwerke sowie Netzwerke zur Förderung von Industriepartnerschaften. Alle vier Gruppenleiter sind Gründungsmitglieder des neu gegründeten interuniversitären Center for Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart (BITS), das die Forschung zu physischer, Software- und menschlicher Intelligenz an den Universitäten Stuttgart und Tübingen bündelt.
Martin Giese ist Mitglied des Vorstands des Bernstein Center (BCCN) in Tübingen, Co-Sprecher des Else Kröner Medical Scientist Kollegs „ClinBrAIn: Künstliche Intelligenz für klinische Hirnforschung“. Er ist einer der drei Initiatoren des interuniversitären Zentrums „Bionic Intelligence for Health (BITS)“ sowie Vorstandsmitglied des „Competence Center Biointelligence“ des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA (Stuttgart) mit zahlreichen Industriepartnern. Er hat einen ERC Synergy Grant und mehrere Förderungen des Human Frontiers Science Program (HFSP) erhalten.
Daniel Häufle wurde 2024 zum Professor an der Universität Tübingen ernannt und ist Mitglied des Cyber Valley und der Fakultät der Max-Planck-Research School für Intelligente Systeme. Er leitet und beteiligt sich an mehreren Projekten, die HIH, CIN, die Universität Tübingen, die Universität Stuttgart und das MPI für Intelligente Systeme verbinden.
Ziad Hafed ist Mitglied des SFB 1233 („Robust Vision“) und des Cognitive Science Center (CSC) der Universität Tübingen. Er ist außerdem Teil mehrerer Sonderschwerpunktprogramme (SPPs) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), die Themen im Zusammenhang mit internen Zustandsmodulationen in aktiven Organismen erforschen.
Cornelius Schwarz ist Vorstandsvorsitzender des Graduiertenzentrums für Neurowissenschaften und Mitglied des DFG SPP 2411.
Die neue Abteilung ist eine hervorragende Ergänzung des aktuellen Forschungsprofils des HIH und eine hervorragende Entwicklung bei der Gestaltung der Zukunft des HIH bei der Umsetzung der „Hertie 2030-Strategie“.
