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Dynamische Systeme: Der Blick durchs Schlüsselloch

Wie kann man zuverlässige Vorhersagen treffen, wenn man nur einen winzigen Bruchteil eines Systems beobachten kann? Eine neue Kenngröße hängt nicht mehr von der Menge der gesammelten Daten ab und könnte in Zukunft der Seuchenkontrolle oder der Hirnforschung zu Gute kommen.
Zuverlässige Vorhersagen?

86 Milliarden Nervenzellen enthält laut einer aktuellen Studie das menschliche Gehirn. Das ist etwas weniger, als es Sterne in der Milchstraße gibt. Seit einigen Jahrzehnten versuchen Hirnforscher, die Aktivität einzelner Neurone zu erfassen, in der Hoffnung, irgendwann die Funktionsweise des Gehirns zu verstehen. Doch auch mit modernsten Techniken können sie lediglich die Signale von etwa 100 Neuronen gleichzeitig aufzeichnen. 100 von 86 Milliarden – das ist, als würde man das System durch ein winziges Schlüsselloch betrachten. Das meiste bleibt uns dabei verborgen.

Wie soll man etwas über das große Ganze sagen, wenn man nur einen winzigen Bruchteil davon beobachten kann? Diese Frage beschäftigt nicht nur Hirnforscher, sie treibt auch Kollegen anderer Forschungsfelder um. Sie spielt etwa bei der Verbreitung von Infektionskrankheiten oder der Vorhersage von Börsencrashs eine Rolle. Wie hoch ist beispielsweise das Risiko, dass aus einer ansteckenden Krankheit eine Epidemie wird? Oder wie wahrscheinlich ist es, dass die Insolvenz einer Bank zu größeren Turbulenzen am Aktienmarkt führt? ...

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Gehirn&Geist – Faszination Gehirn: 38 Infografiken über unser Denken, Fühlen und Handeln

Weil Sprache allein nicht immer das beste Kommunikationsmittel ist, werden seit 2013 ausgewählte Inhalte auf eine andere Art präsentiert: in Infografiken. Denn manches lässt sich in Bildern so viel einfacher darstellen als mit Worten. In dieser Spezialausgabe von »Gehirn&Geist« präsentieren wir ein »Best-of« unserer Infografiken zu Psychologie, Hirnforschung und Medizin. Wie funktioniert unser Orientierungssinn? Was haben Darmbakterien mit der Psyche zu tun? Was macht eine angenehme Unterhaltung aus? Wie wirkt Alkohol im Gehirn? Und warum lassen wir uns im Supermarkt so leicht zu Spontankäufen animieren? Antworten auf diese und viele weitere Fragen finden Sie in dieser Spezialausgabe von »Gehirn&Geist«. Jede der 38 Grafiken im Heft widmet sich einem eigenen Thema.

Spektrum der Wissenschaft – Formen der Mathematik

Die Mathematik ist ein erstaunlich vielfältiges Fach und zeigt sich in den verschiedensten Formen: Lesen Sie von den bunten Fraktalen der Mandelbrotmenge, einer Einstein-Kachel, die den Boden mit erstaunlichen, lückenlosen Mustern versieht oder den Falten eines zerknitterten Papiers. Diese unterschiedlichen Strukturen bergen spannende mathematische Eigenschaften, die Fachleute in den letzten Jahren entdeckt und zum Staunen gebracht haben. Darüber hinaus stellen wir die Frage, warum Kieselsteine oval sind und zeigen Ihnen, nach welchen Regeln die faszinierenden Sandzeichnungen auf dem südpazifischen Archipel Vanuatu entstehen.

Spektrum der Wissenschaft – Fraktale

Seit Jahrzehnten arbeitet eine kleine Gruppe von Mathematikern an den letzten Geheimnissen des wohl bekanntesten Fraktals. Ihre Geschichte zeigt, wie technische Fortschritte selbst die abstraktesten mathematischen Gebiete voranbringen. Ein Durchbruch zur Entschlüsselung der Mandelbrot-Menge dürfte kurz bevorstehen. Außerdem im Heft: Bartenwale sind die Giganten der Meere. Ihre Nahrung besteht jedoch aus winzigen Planktonorganismen. Wie spüren die Wale das Futter in den Weiten des Ozeans auf? Drei Bierforscher interessieren sich für moderne und alte Hefestämme rund um das Brauen von Bier. Kryptografen und -innen arbeiten auf Hochtouren daran, neuartige Algorithmen zu entwickeln, die den Fähigkeiten künftiger Quantencomputer standhalten können. Es gibt einige vielversprechende Kandidaten, doch einige davon wurden bereits geknackt.

  • Quellen
Wilting, J., Priesemann, V.:Inferring Collective Dynamical States from Widely Unobserved Systems. In: Nature Communications 9, 2325, 2018

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