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Press release of

02.12.2016

Towards the synthetic neurobiology

Volkswagen Foundation promotes the innovative research approach of the theoretical neuroscientist Fred Wolf from the MPI for Dynamics and Self-organization with 100,000 euros


Fred Wolf, professor of theoretical biophysics, prevailed with his proposal "On the way to a neurobiology of hybrid neuronal circuits" as one of 18 projects against 543 competing proposals in "Experiment!", a funding program of the Volkswagen Foundation. For his innovative enquiry, Wolf receives a subsidy sum of 100,000 euros over a term of 18 months. During this time, Wolf and his colleagues want to create networks of synthetic and living nerve cells in the laboratory, which can be connected according to plan. The "Experiment!" funding is aimed to projects, which can provide new fields of research and methods apart from the mainstream.

The biologic elements of synthetic neuronal circuits: Neurons (red) connected and linked in a dense network of Glia cells (green). Both cell types are immunolabeled and visible under the microscope.

Design of synthetic neuron networks

The interconnection of nerve cells into widely branched networks, their so-called connectome, determines how neural circuits in the brain process information. How does the structure and function of such networks depend on each other? Finding answers to these questions is crucial for the discovery of the tricks that the brain uses as a living computer, but also for a better understanding of diseases of the nervous system. Researchers are currently unable to alter the connectome of an intact brain. For the simplest building blocks of cells, genes and proteins, the so-called Synthetic Biology created ways in the recent years to precisely manipulate those and thereby better understand their role for the organism. For the first time the researchers around Fred Wolf are now starting to construct synthetic neural circuits, which can be converted from one moment to the next. For this purpose, they will construct networks consisting of biological and computer-based components that are combined by light-controlled synthetic connections into a large network. The aim of the project is to create the fundamentals of a synthetic neurobiology of neuronal circuits, which should allow a completely new approach to the structure-functional relationship. "With our research approach we want to improve our understanding of neuronal networks in the brain by combining networks from simulated and living nerve cells in the petri dish," says Professor Fred Wolf. "In the coming years, we will focus on the issue how well this new approach can be put into practice. For the future we hope that a systematic understanding of these networks can provide the basis for novel intelligent prosthetics and cures for diseases of the brain. We are very pleased that the Volkswagen Foundation has recognized the innovative potential of this approach and supports the project within the "Experiment!" funding program.

Please read more in the press release of the MPI DS.



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Auf dem Weg zur synthetischen Neurobiologie

VolkswagenStiftung fördert innovativen Forschungsansatz des theoretischen Neuro-wissenschaftlers Fred Wolf vom MPI für Dynamik und Selbstorganisation mit 100.000 Euro


Fred Wolf, Professor für theoretische Biophysik setzte sich mit seinem Antrag: „Auf dem Weg zu einer Neurobiologie hybrider neuronaler Schaltkreise“ als eines von 18 Projekten gegen 543 weitere Vorschläge bei "Experiment!", einer Förderlinie der VolkswagenStiftung, durch. Für seine innovative Fragestellung bekommt Wolf über eine Laufzeit von 18 Monaten eine Fördersumme von 100.000 Euro. In dieser Zeit wollen Wolf und seine Kollegen Netze aus künstlichen und lebendigen Nervenzellen im Labor erzeugen, die nach Plan verschaltet werden können. Die Förderlinie „Experiment“ zielt auf Arbeiten, die abseits vom Mainstream neue Forschungsfelder und Methoden begründen können.

Konstruktion synthetischer neuronaler Schaltkreise

Die Verschaltung von Nervenzellen in weitverzweigte Netzwerke, ihr sogenanntes Konnektom, bestimmt, wie neuronale Schaltkreise im Gehirn Information verarbeiten. Wie hängen Struktur und Funktion solcher Netzwerke zusammen? Antworten auf diese Frage zu finden, ist entscheidend für die Entdeckung der Tricks, die das Gehirn als lebendiger Computer verwendet, aber auch um Krankheiten des Nervensystems besser verstehen zu können. Forscher sind gegenwärtig nicht in der Lage das Konnektom eines intakten Gehirns zu verändern. Für die einfachsten Bausteine von Zellen, Gene und Proteine, hat die sogenannte synthetische Biologie in den vergangenen Jahren Möglichkeiten geschaffen, diese präzise zu manipulieren und dadurch ihre Rolle für den Organismus besser zu verstehen. Die Forscher um Fred Wolf wollen nun erstmals  damit beginnen synthetische neuronale Schaltkreise zu konstruieren, die sich von einem Moment zum nächsten umbauen lassen. Dazu werden sie Netzwerke konstruieren, die aus biologischen und computergestützten Komponenten bestehen und die durch lichtgesteuerte künstliche Verbindungen zu einem großen Netzwerk kombiniert werden. Das Ziel des Vorhabens ist, die Grundlagen einer synthetischen Neurobiologie neuronaler Schaltkreise zu schaffen, die einen völlig neuen Zugang zur Struktur-Funktion Beziehung erlauben soll. „Mit unserem Forschungsansatz wollen wir neuronale Netzwerke im Gehirn besser verstehen, indem wir Netzwerke aus simulierten und lebendigen Nervenzellen in der Petrischale zusammenfügen“, sagt Professor Fred Wolf. „Wir werden uns in den kommenden Jahren darauf konzentrieren, zu klären wie gut sich dieser neue Ansatz praktisch umsetzen lässt. Wir hoffen für die Zukunft, dass ein systematisches Verständnis dieser Netzwerke die Grundlage für neuartige intelligente Prothetik und Heilmethoden für Erkrankungen des Gehirns liefern kann. Wir freuen uns sehr, dass die VolkswagenStiftung das innovative Potential dieses Ansatzes erkannt hat und in der Förderrichtlinie "Experiment!" unterstützt.“

Lesen Sie mehr in der Pressemitteilung des MPI DS.