Dynamische Prozesse als fundamentales Merkmal lebender Systeme
Dynamische Prozesse spielen insbesondere für biologische Informationsverarbeitungsvorgänge, wie sie in Nervensystemen, in der Morphogenese und bei zellulären sowie systemischen Entscheidungsprozessen ablaufen, eine essentielle Rolle.
Computergestützte Theorien und Methoden
Die Entwicklung mathematischer und computergestützter Theorien zu biologischen Netzwerken ist eine der zentralen, disziplinübergreifenden Herausforderungen für die Naturwissenschaften im 21. Jahrhundert. Rasante technologische Fortschritte erschließen gegenwärtig neuartige Möglichkeiten, dynamische Informationsverarbeitungsprozesse in lebenden Systemen zu erfassen und zu durchdringen.
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In den Neurowissenschaften und der Entwicklungsbiologie beispielsweise erlauben optische Bildgebungsverfahren mit subzellulärer Auflösung zusammen mit optogenetischen und optophysiologischen Zugängen, die kollektive Arbeitsweise tausender Zellen gleichzeitig zu erfassen und zu manipulieren.
Eine der größten Aufgaben für die theoretischen und mathematischen Wissenschaften besteht gegenwärtig darin, solchen Studien einen logisch-mathematischen Rahmen zu geben, ihre Ergebnisse kritisch zu interpretieren sowie Methoden zu entwickeln, um grundlegende Prinzipien biologischer Dynamik und Informationsverarbeitung aus den zur Verfügung stehenden Datensätzen zu extrahieren.
Der Evolution auf der Spur
Ein Schwerpunkt der gegenwärtigen Aktivitäten des Instituts liegt auf dem Verständnis der Evolution informationsverarbeitender und selbstorganisierter Systeme und der dazugehörigen funktionalen Optimierung von Informationsflüssen in lebenden Systemen. Alle biologischen Netzwerke sind letztendlich durch evolutionäre Prozesse geformt. Schon aus systematischen Gründen muss eine stringente Theorie biologischer Netzwerke letztendlich evolutionäre Fragestellungen aufnehmen.
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Die Gruppen des CIDBN bearbeiten diesen Aspekt angefangen vom theoretischen Verständnis der Selbstorganisationsprozesse am Ursprung des Lebens (Dr. Zwicker), über die mathematische Rekonstruktion neutraler und adaptiver evolutionärer Dynamik (Dr. Nourmohammad) bis zur Untersuchung grundlegender Innovationen in der Evolution der Netzwerke der Großhirnrinde (Prof. Löwel, Dr. Neef, Prof. Wibral, Prof. Wolf).
Die wissenschaftlichen Aktivitäten des CIDBN beschränken sich jedoch nicht auf den Bereich der Grundlagenforschung, sondern umfassen auch angewandte und translationale Vorhaben, die von Konzepten und Methoden zur Dynamik biologischer Netzwerke profitieren.
