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Universität Bielefeld | Fakultät für Biologie
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Willkommen im Arbeitsbereich Neurobiologie

Welcome to the Department of Neurobiology

Wir lehren

We teach

in Vorlesungen, Übungen und Praktika zur Tier- und Neurophysiologie in Bachelor-, Master- und Promotionsprogrammen (siehe For Students).

a broad spectrum of courses in Bachelor, Master and Doctoral programmes (see For students).

Wir forschen

We do research

zum visuellen Orientierungsverhalten von Insekten. Wir möchten die diesem Verhalten zugrunde liegenden Mechanismen verstehen.

on visually guided orientation behaviour of insects. We aim to understand the underlying computational mechanisms.

Insekten, wie Fliegen und Hummeln, schaffen es, im schnellen Flug Kollisionen mit Hindernissen zu vermeiden oder Objekte als Landeplätze gezielt anzufliegen. Hummeln können über große Distanzen ihr Nest wiederfinden und nutzen dabei Informationen über prominente Landmarken, die sie visuell aufnehmen, speichern und wiederverwenden. Insekten lösen diese komplexen Orientierungsaufgaben trotz ihrer winzigen Gehirne. Im Hinblick auf diese Leistungen übertreffen sie künstliche Systeme, die ähnliche Leistungen allenfalls mit einem ungleich höheren Aufwand an Energie und Rechenleistung erbringen.

Insects, such as flies or bumblebees, manage to solve complex spatial tasks: They avoid collisions with obstacles, and are able to detect appropriate landing sites and to approach them. Bumblebees even navigate to goals over large distances by using spatial landmark information that is perceived, learnt, and subsequently retrieved for finding the goal. Despite their miniature brains insects outperform man-made autonomous systems in these tasks, especially with respect to computational expenditure and energy efficiency.

Insbesondere im schnellen Flug nimmt das Gehirn von Insekten räumliche Information über die Umwelt visuell auf. Die Abstände zu Objekten können aus den Bewegungen des Abbilds der Umgebung auf den Augen der Tiere bestimmt werden. Nahe Objekte bewegen sich schneller auf den Augen als entfernte Objekte, wenn sich das Tier geradlinig fortbewegt. Angesichts der geringen Gehirnmasse und der grundsätzlich begrenzten Zuverlässigkeit von Nervenzellen erfordern diese Berechnungen extrem effiziente Mechanismen, die sich im Zusammenspiel mit Bewegungsstrategien der Tiere über Millionen von Jahren Evolution entwickelt haben.

Our research is based on the assumption that the brain of insects acquires the relevant spatial information about the environment by means of their visual system. Distances to objects can be computed from the movement of their images across the eyes (‘optic flow’). Any nearby object appears to move much faster than distant ones if the animal translates, e.g. moves on a straight course. Given the small number of nerve cells in insect brains and their limited reliability, extracting such information needs to rely on extremely efficient mechanisms. As a consequence of millions of years of evolution, these mechanisms are tightly linked to the sophisticated locomotion and gaze strategies of insects.

In unserer Forschung analysieren wir diese Mechanismen auf verschiedenen Organisationsebenen. Unsere Untersuchungen befassen sich mit den typischen Verhaltensstrategien der Tiere, der Modellbeschreibung der im Gehirn ablaufenden Signalverarbeitung und der experimentellen Analyse von involvierten Nervenzellen und deren Verschaltungen. Letztlich möchten wir das Orientierungsverhalten der Tiere in Computermodellen abbilden, die dann in Kooperation mit Kollegen der technisch orientierten Bereiche des Exzellenzclusters‚ Cognitive Interaction Technology‘ (CITEC) auf technische Systeme übertragen werden können, damit diese in ihren Leistungen ähnlich effizient werden wie entsprechende biologische Systeme.

We want to elucidate the computational principles, down to the level of neurons and neural networks that generate and control visually guided behaviour in complex cluttered environments. In addition to experimental analyses with a wide range of methods, we also employ modelling approaches to describe the computational mechanisms in the insect’s brain. As a group affiliated with the Centre of Excellence 'Cognitive Interaction Technology'(CITEC), we cooperate with other CITEC colleagues in the field of computer science to incorporate the smart computational principles of biological visual systems into artificial systems, bringing them closer to the performance of their biological counterpart.