Wie Physiker das Chaos im Gehirn ordnen

Neue Konzepte der Nichtlinearen Dynamik werden auf Bio- und Nanosysteme angewendet

	Selbstorganisierte Muster bei einer Gasentladung. Ausstellungstück zur TU-Tagung "Dynamics Days" Foto: TU-Pressestelle

Das Netzwerk der Nervenzellen im Gehirn, der Neuronen, weist ein subtiles Wechselspiel von Chaos und selbstorganisierter Ordnung auf. Krankheiten wie Parkinson oder Tremor zeugen von deren gestörtem Verhalten, zum Beispiel von gleichzeitigem, synchronisiertem Feuern elektrischer Impulse der Neuronen. Die Physik entwickelt im Rahmen der Nichtlinearen Dynamik neuartige Konzepte, um dieses Chaos in Bio- oder Nanosystemen zu kontrollieren. Vorgestellt wurde ein solches Konzept für die Hirnforschung auf dem internationalen Kongress "XXV Dynamics Days Europe" Ende Juli an der TU Berlin von Erwin-Schrödinger-Preisträger Professor Peter Tass aus Jülich. Diese wichtigste europäische Tagung auf dem interdisziplinären Gebiet der Nichtlinearen Dynamik fand unter der Leitung von TU-Professor Eckehard Schöll vom Institut für Theoretische Physik statt und versammelte 350 Wissenschaftler aus 37 Ländern. Aktuelle Forschungsergebnisse mit Anwendungen in Physik, Mathematik, Lebens- und Ingenieurwissenschaften wurden dort präsentiert. Während man in der Hirnmedizin traditionell versucht, durch massive Eingriffe von außen - elektrische oder magnetische Impulse hoher Intensität - die Krankheit zu bekämpfen, gehen die Physiker anders vor. Die neu entwickelten Methoden der Nichtlinearen Dynamik versuchen durch interne Rückkopplungsschleifen, das unerwünschte Verhalten der Neuronen zu unterdrücken, und bieten dadurch eine wesentlich schonendere Behandlungsmöglichkeit.

Die Kontrolle durch Rückkopplung kann auch auf elektronische Schaltkreise oder optoelektronische Bauelemente angewendet werden, um zum Beispiel stabilere Laserstrahlung oder elektronische Schwingungen zu bewirken. Nichtlineare Nano-Bauelemente von nur wenigen Nanometern (Millionstelmillimetern) Durchmesser werden weltweit intensiv für technische Anwendungen erforscht. Die nichtlineare Dynamik zeigt darüber hinaus, dass universelle Gesetze und Eigenschaften unabhängig von den speziellen Materialeigenschaften gelten.

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http://wwwnlds.physik.tu-berlin.de/ddays05