Maren Wehrheim aus der Forschungsgruppe von Matthias Kaschube verteidigte am 26. Mai erfolgreich ihre Dissertation. Ihre interdisziplinäre Forschung in Informatik, Künstlicher Intelligenz (KI) und Neurowissenschaften gliedert sich in drei zentrale Beiträge, die jeweils wesentliche Herausforderungen im Verständnis der Schnittstellen zwischen biologischen und künstlichen Systemen adressieren.

Im ersten Teil ihrer Arbeit entwickelte Wehrheim eine innovative Methode zur Interpretation der internen Repräsentationen, die von KI-Modellen gelernt werden. Die Quantifizierung und Analyse dieser gelernten Merkmale ermöglicht die Ableitung neurowissenschaftlich relevanter Hypothesen auf Basis der Recheneinheiten künstlicher Netzwerke. Ihre Ergebnisse zeigen, dass einzelne Einheiten in den Modellen menschlich interpretierbare Merkmale kodieren können. Ihr automatisiertes Verfahren bietet einen systematischen und objektiven Weg, diese Repräsentationen zusammenzufassen und zu bewerten.

In Zusammenarbeit mit Christian Fiebach von der Goethe-Universität erweiterte Maren ihre Forschung auf das menschliche Gehirn und analysierte Daten der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT). Sie untersuchte, wie zuverlässig die Dynamik von Hirnsignalen in Ruhe und während kognitiver Aufgaben ist – und konnte zeigen, dass diese Signale in beiden Zuständen individuell spezifisch bleiben. Darüber hinaus zeigte ihre Analyse, dass mit steigender kognitiver Belastung die Variabilität der Hirnsignale abnimmt, während deren Entropie und Dimensionalität zunehmen. Dieses Muster deutet darauf hin, dass sich das Gehirn flexibel an die Anforderungen unterschiedlicher kognitiver Zustände anpasst. Ihre Ergebnisse liefern damit neue Einblicke in die Beziehung zwischen neuronaler Dynamik und kognitiver Leistungsfähigkeit.

Der letzte Teil ihrer Arbeit widmete sich einer praktischen Herausforderung in den Lebenswissenschaften: der Rauschunterdrückung in Mikroskopiedaten mit niedriger Signalqualität. Mithilfe moderner generativer Modelle zeigte Wehrheim, wie sich die Qualität biologischer Bilddaten verbessern lässt – insbesondere dort, wo diese stark durch Bildrauschen, Photobleaching oder Phototoxizität beeinträchtigt sind. Ihre Ansätze eröffnen neue Möglichkeiten für die langfristige schonende Beobachtung biologischer Prozesse, unter anderem in der Neurowissenschaft.

Im Anschluss feierte sie diesen Erfolg gemeinsam mit Kolleg:innen, Mitforschenden und Familie. Ab Juli wird Wehrheim eine Postdoc-Stelle an der York University in Toronto bei Kohitij Kar antreten. Parallel dazu setzt sie ihre Forschung als Gastwissenschaftlerin am MILA-Institut für KI in Montréal in Kooperation mit Blake Richards fort.