31.01.2023

ERC Consolidator Grant für Jakob Macke

Für sein Projekt „DeepCoMechTome“ erhält Clustermitglied Jakob Macke einen Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC). Mit Hilfe von Deep Learning möchte er in den kommenden Jahren neuartige neuronale Netzwerke an der Schnittstelle von Neurowissenschaften und Maschinellem Lernen entwickeln. Das Projekt wird über einen Zeitraum von fünf Jahren mit insgesamt rund 2 Millionen Euro gefördert.

Ausgangspunkt des Projekts „DeepCoMechTome“ ist das Gehirn der Fruchtfliege Drosophila melanogaster, das über gut 100.000 Nervenzellen mit mehreren Millionen Verknüpfungen verfügt. Das Gehirn der Drosophila, die in der Biologie eine der bekanntesten Modellorganismen darstellt, ist aus mehreren Gründen für Forschende aus den Neurowissenschaften und der Informatik interessant. „Fruchtfliegen haben im Vergleich zu Säugetieren nur winzige Gehirne“, erklärt Macke: „Dennoch verfügen diese Tiere über erstaunliche Fähigkeiten, wie eine hochpräzise Kontrolle ihres Fluges. Sie können sich an Landmarken orientieren und reagieren blitzschnell, wenn sich Fressfeinde nähern.“ Trotz großer Leistungsfähigkeit verbrauche das Gehirn der Drosophila lediglich Energie im Nanowattbereich, sei also deutlich energieeffizienter als jeder Computer.

Der biologischen Forschung sei es in den vergangenen Jahrzehnten gelungen, das Gehirn der Fruchtfliege in großer Detailtiefe zu analysieren. „Damit haben wir nun Zugang zu den Schaltkreisen des Gehirns, aber konnten bisher trotzdem keine Modelle bauen, die ähnliche Aufgaben wie echte Drosophila-Gehirne übernehmen können.“ Im Gegensatz dazu sei es in den vergangenen Jahren mit den Methoden des Deep Learning gelungen, künstliche neuronale Netze zu schaffen, die sehr komplizierte Berechnungen durchführen könnten. Die künstlichen neuronalen Netze hätten sich aber von ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise her inzwischen weit von denen biologischer neuronaler Netze entfernt.

„Diese beiden Welten wollen wir wieder zusammenbringen“, erklärte der KI-Forscher: „Unser Ziel ist es nun, künstliche neuronale Netze zu schaffen, die in Aufbau und Struktur dem Gehirn der Fruchtfliege möglichst nahekommen, zugleich aber ähnliche Leistungen vollbringen können.“ Dazu seien neuartige Methoden des Maschinellen Lernens notwendig, welche in dem Projekt in enger Zusammenarbeit mit Srinivas Turaga vom Janelia Research Campus in Ashburn, Virginia und weiteren Forschenden entwickelt und angewendet werden sollen. Solche Methoden können auch für die neurowissenschaftliche Erforschung von Lebewesen mit komplexeren Gehirnen, wie beispielsweise Fischen oder Säugern eingesetzt werden.     

Professor Jakob Macke ist Mitglied des Tübinger Exzellenzclusters „Maschinelles Lernen: Neue Perspektiven für die Wissenschaft“, an dem er die W3-Professur für „Maschinelles Lernen in der Wissenschaft“ innehat, ausserdem ist er Mitglied des von der Bundesregierung geförderten Tübingen AI Center, und Sprecher des „Bernstein Center for Computational Neuroscience Tübingen“.
 

Nach einem Artikel von Karl G. Rijkhoek, Hochschulkommunikation, Universität Tübingen. Originalartikel