Mit Hilfe neuronaler Netzwerke Aufschluss über unser Denken und Fühlen

Sie arbeitet an der TU München und am Max-Planck-Institut in Frankfurt: Julijana Gjorjieva erforscht, wie die Sinne des Menschen und sein Gehirn funktionieren. Ihre Leidenschaft für die Mathematik hat sie früh entdeckt.

(Foto: Marco Einfeldt)

Julijana Gjorgjieva untersucht mit mathematischen Methoden, wie das Gehirn des Menschen funktioniert

Was passiert in unserem Gehirn, wie funktioniert unser Denken? Die Antworten auf diese Fragen liegen noch weit in der Zukunft. Die junge Wissenschaftlerin Julijana Gjorgjieva, die schon als Kind gern mathematische Aufgaben löste und in der Schule in Mazedonien an zahlreichen Wettbewerben erfolgreich teilgenommen hatte, erforscht mit mathematischen Methoden, wie unsere Sinne funktionieren. Dafür werden neuronale Netzwerke modelliert, die Funktionen eines echten Gehirns nachahmen und Aufschluss über unser Denken und Fühlen geben sollen.

Gjorgjieva hat kürzlich die Tenure-Track-Professur für Computational Neuroscience am Wissenschaftszentrum Weihenstephan der TU München erhalten - mit diesen Stellen soll der wissenschaftliche Nachwuchs gefördert werden. Hauptarbeitsort der 33-Jährigen ist jedoch das Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main, wo sie eine Arbeitsgruppe leitet. Die TU München kooperiere deutschlandweit mit den Max-Planck-Instituten und gebe Leitern von Forschungsgruppen mit den Tenure-Track-Professuren die Chance, an der Universität zu lehren und den Studierenden neueste Ergebnisse zu vermitteln, erzählt die Wissenschaftlerin. Die Computational Neuroscience (berechnende Neurowissenschaft) verbinde neurowissenschaftliche Untersuchungen mit moderner Datenanalyse, Computersimulation und mathematischer Modellierung, schildert Gjorgjieva. Bereits 1902 habe der deutsche Physiologe und Biophysiker Julius Bernstein herausgefunden, wie Nervenzellen Informationen durch elektrische Ströme weiterleiten und verarbeiten.

Die Forscherin sammelt Daten aus einem internationalen Netzwerk, in das die Ergebnisse von Versuchen mit Mäusen, Ratten oder Fliegen einfließen, und interpretiert sie. Im Gehirn sendeten Neuronen elektrische Impulse an die Zellen, es gebe einen neuronalen Code, der vorgebe, wie ein Gehirn auf Reize reagiere, erklärt die Forscherin. Dazu kämen chemische Prozesse, Moleküle und Zellmembranen, die miteinander kommunizierten. Sämtliche Informationen flössen zusammen und daraus könne man in Zukunft mit mathematischen, statistischen oder mit dynamischen Systemen ein Modell des Gehirns berechnen, schildert Gjorgjieva. Mit diesem künstlichen Gehirn gewinne man Erkenntnisse über Krankheiten wie Schizophrenie. Und es sei möglich, mit einem Modell des Gehirns am PC Experimente zu machen, die am lebenden Objekt nicht möglich seien.

Die junge Wissenschaftlerin brennt aber nicht nur für ihre Forschung, sondern möchte Biologiestudenten am Wissenschaftszentrum Weihenstephan mit Mathematik und Statistik vermitteln, wie man biologische Daten verarbeitet. "Pure Mathematik ist wunderschön", sagt Gjorgjieva. Bereits mit 16 Jahren erhielt sie ein Stipendium für eine private High School in Philadelphia, USA. Nach dem Abitur studierte sie, wieder mit einem Stipendium, am renommierten Harvey Mudd College, ihre Eltern hätten sich eine Ausbildung in den USA nicht leisten können. Nach dem Bachelor ging sie nach Cambridge, England. "Ich wollte nie etwas anderes als Mathematik machen", erzählt sie. Nach ihrem Master promovierte sie dort und ging anschließend als Post Doc an das Zentrum für Hirnforschung nach Harvard in die USA, bevor sie mit Stipendium zwei Jahre lang bis 2016 am Biologie-Department der Brandeis-Universität forschte. An allen diesen Standorten seien die Atmosphäre, der Austausch unter den Wissenschaftlern beflügelnd. Niemand achte auf ein regelmäßiges freies Wochenende oder rechtzeitigen Feierabend, im Vordergrund stehe die Forschung, schildert die Wissenschaftlerin. Gjorgjieva bewarb sich erfolgreich in Frankfurt beim Max-Planck-Institut für Hirnforschung, wo sie mit ihrem Partner, einem Physiker, lebt. Womöglich aber kommt sie einmal ganz nach Weihenstephan: Sie könne sich gut vorstellen, sagt sie, in einigen Jahren eine Professur zu übernehmen und hier zu forschen.