Biohybrid-Neuroelektronik

Dr. Hayder Amin

Forschungsschwerpunkte

Willkommen bei BIONICS, wo wir Neurowissenschaften und Technologie miteinander verbinden, um die Grenzen des Möglichen in der Biomedizintechnik zu erweitern. Unsere interdisziplinäre Forschungsgruppe widmet sich der Erforschung der Grenzen der Wissenschaft und der Entwicklung von Spitzentechnologien zum Verständnis der komplexen Netzwerkdynamik des Gehirns bei Gesundheit und Krankheit.

Mit einer einzigartigen Kombination aus Ingenieurwissenschaften, experimentellen Neurowissenschaften und computergestützten Werkzeugen wollen wir entschlüsseln, wie neuronale Berechnungen über Skalen hinweg koordiniert und integriert werden, um robuste funktionelle Ergebnisse zu erzielen. Unsere Forschung konzentriert sich darauf, das Yin und Yang verschiedener neuronaler Berechnungen zu identifizieren, die von verschiedenen Gehirnregionen durchgeführt werden, sowie die kollektive Netzwerkstabilität während dynamischer Veränderungen des Netzwerks, die durch Erfahrung, Lernen, Krankheit und Neurogenese induziert werden.

Einer unserer Ansätze besteht darin, die reparative Regenerationsfähigkeit des Gehirns zu nutzen, um vorhandene verteilte Schaltkreise neu zu verdrahten, die durch die adulte Neurogenese im Hippocampus gefördert werden. Durch die Förderung der adulten Neurogenese mittels mehrerer Erfahrungsparadigmen streben wir an, den Beginn mehrerer neurodegenerativer Erkrankungen und verschiedener Formen von Hirnverletzungen zu verzögern. Die Kenntnis der groß angelegten neuralen Dynamik hat vielversprechende Auswirkungen auf die Zukunft. Wir können effektivere , auf die Neurowissenschaften ausgerichtete Computermodelle erstellen und fortschrittliche künstliche Intelligenz (KI)-Framework entwickeln. Darüberhinaus können wir die Reichweite von neuromorphen, vom Gehirn inspirierter Sensoren und Chips für neue Anwendungen im Bereich Gesundheit und Krankheit erweitern.
Unser Forschungsauftrag hat erhebliche gesellschaftliche Auswirkungen, indem wir Mechanismen für neurodegenerative Erkrankungen wie der Alzheimerkrankheit erforschen und neuartige bioelektronische Therapien vorantreiben, die direkt umsetzbare Ziele haben könnten.

Auf der Grundlage unserer einzigartigen technischen Plattformen und Berechnungssysteme sammeln wir multiskalige und multimodale experimentelle Informationen mit möglicher Modulation von neuronalen Netzwerken, um einzigartige, groß angelegte Messwerte von Genen bis hin zu funktionellen Netzwerkebenen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erhalten. Unsere experimentelle Neurowissenschaft wird durch neuartige Brain-on-Chip-Technologie und Methoden zur Verbesserung der neuronalen Schnittstelle für neuartige Messwerte unterstützt. Gleichzeitig haben wir mehrere Computerprogramme implementiert, um unsere multidimensionalen Daten zu analysieren und die neuronale Kommunikation in Schaltkreisen und Netzwerken mithilfe von Graphenanalyse, biophysikalischer Modellierung, Kontrolltheorie und maschinellem Lernen genauer zu charakterisieren.

Bei BIONICS treibt uns die Leidenschaft an, die Komplexität neuronaler Berechnungen über Skalen hinweg zu verstehen und Neurowissenschaften, Neurotechnologie und Informatik auf allen Ebenen zu verbinden. Wir bemühen uns, die Mechanismen von Netzwerkdefiziten aufzudecken, die den Hirnfunktionsstörungen zugrunde liegen, neuartige Angriffspunkte zur Entwicklung wirksamerer Therapeutika zu finden und die Entwicklung von Gehirn-Maschine-Schnittstellen der nächsten Generation zur Wiederherstellung und Verbesserung von Gedächtnisfunktionen zu fördern, die durch Krankheiten und Verletzungen beeinträchtigt sind.

Laufende Projekte

  • Biosensor mit hoher Dichte zur Untersuchung kodierender Informationen in vielschichtigen olfaktorischen Schaltkreisen
  • Bewertung der Dynamik von Schaltkreisen im Hippocampus bei erfahrungsabhängiger Plastizität
  • Neurogene Bottom-up-Computermodellierung zur Klärung der Kontrollierbarkeit und Kritikalität der Hippocampus-Dynamik
  • Verknüpfung von räumlicher Transkriptomik und funktioneller Dynamik in groß angelegten Gehirnnetzwerken
  • Verständnis neuronaler Netzwerkkomplexität für reversiblen Netzwerkabbau - siehe Projekt hier https://www.dzne.de/en/research/projects/i3d-markers/
  • Groß angelegter Biosensor für die Kartierung der netzwerkbasierten synaptischen Übertragung und LTP im Hippocampus-Schaltkreis.
  • Gleichzeitige optische und elektrische Aufzeichnungen von großen neuronalen Netzwerken

Laborplattformen und -techniken

Wir haben interdisziplinäre Instrumente eingeführt, um verschiedene neurowissenschaftliche Herausforderungen auf verschiedenen Ebenen zu erfassen:

  • Hochauflösende Biosensoren mit hoher Dichte
  • Kalzium-Bildgebung
  • Patch-Clamp-Aufnahmen
  • In vitro HiPSC-abgeleitete neuronale Kulturen und ex vivo transgene Mausgehirn-/Olfaktorische Schnitte
  • Genomweite räumliche transkriptomische Profilerstellung
  • Opto- und Chemogenetik
  • Molekulare und zelluläre Techniken
  • Mikro-/Nanotechnologie
  • Computergestützte analytische Werkzeuge und Modellierung

Möglichkeiten für Studenten

Studierende der Neurowissenschaften, Biotechnologie, Mathematik und Informatik aufgepasst! Sind Sie bereit, Ihr Studium auf die nächste Stufe zu heben?

Das BIONICS-Labor sucht hoch motivierte Bachelor- und Masterstudenten, die unser Team verstärken und an innovativen Projekten im Bereich der Neurotechnologie mitarbeiten möchten. Unter der Anleitung erfahrener Fachleute werden Sie praktische Erfahrungen mit den neuesten Berechnungswerkzeugen und modernsten Neurotechnologien sammeln. Außerdem werden Sie Teil eines dynamischen und internationalen Forscherteams sein, das die Grenzen des Möglichen im Bereich der Neurotechnologie auslotet. Verpassen Sie nicht diese Gelegenheit, Ihre Karriere voranzutreiben und etwas zu bewirken.

Bewerben Sie sich auf englisch mit Ihrem Lebenslauf und einem Anschreiben per E-Mail an Dr. Hayder Amin (hayder.amin(at)dzne.de)

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