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What are neural computations, and how do they give rise to animal behavior? Can we study behavior to infer the computations performed by the brain? Is the main goal of neuroscience to localize the known computations and to uncover their implementation details?
My research group is interested in brain functions that can be characterized by a computational goal encompassing sensory inputs and motor outputs. Our favorite examples are vocal production and vocal learning, which we study in songbirds using reductionist experimental and theoretical approaches.
We perform electrophysiological recordings to read out the neural code in singing birds, we design behavioral experiments to study vocal communication and social learning in bird groups. Currently we are trying to identify the simplest mechanistic equations to describe vocal learning dynamics.
Our work also focuses on translating songbird research to the domain of natural language processing (NLP) and back. We expect much cross-fertilization between these research areas. On the one hand, NLP approaches are readily applicable to birdsong research, because there are many analytical similarities between vocal and word sequences. On the other hand, we recently discovered that songbirds’ strategy of assigning vocal errors is equivalent to word mover's distance, a highly successful computational strategy for document and sentence retrieval. Thus, songbirds have used retrieval strategies millions of years before computational linguists have invented them. Most certainly, many more analogies are about to be discovered
Forschungsinteressen zum Tierschutz
Manipulationen in der Vogelgesangsforschung: ihr Nutzen und ihre Auswirkungen auf das Wohlbefinden
Die Zebrafinken sind das Tiermodell der Wahl für die Erforschung der Sprachentwicklung im Menschen. Weltweit werden Zebrafinken in mehr als 100 Laboren verwendet. Leider fehlen Studien, die sich mit dem Wohlbefinden von Zebrafinken während solchen Experimente beschäftigen.
Seit ihrer Domestizierung vor ca. 150 Jahren sind Zebrafinken aufgrund ihrer hellen und attraktiven Gefiedermuster, ihres hohen Sozialverhaltens und der Leichtigkeit, mit der sie in Gefangenschaft gezüchtet werden können, zu beliebten Vögeln geworden. Sie werden weltweit als Haustiere gehalten.
Zebrafinken sind seit 60 Jahren ein bevorzugter experimenteller Modellorganismus in der experimentellen Biologie, vor allem in der Neurobiologie der erlernten Vokalisationen. Jugendliche Männchen lernen singen, indem sie einen erwachsenen männlichen Tutor imitieren, meist den Vater (Immelmann 1969).
Die Auseinandersetzung mit dem Gesang und der Gesangspraxis findet in der Regel in einer kritischen Phase statt, die in etwa mit der geschlechtlichen Reifung zusammenfällt.
Wir untersuchen die Auswirkungen einiger gängiger Manipulationen, die in der Zebrafink-Forschung verwendet werden, wie z.B. Isolation, transiente/reversible Beeinträchtigung von Hör-/Stimmorganen, Implantation von mechanischen Antrieben für Elektrophysiologie, Kopffixierung für die Bildgebung, Gesangskonditionierung mittels Tonwiedergabe und Montage von kleinen Rucksäcken für Verhaltensüberwachung. Wir wägen den Nutzen dieser Manipulationen für Wissenschaft und Gesundheit ab und untersuchen ihre Auswirkungen auf das Wohlergehen der Tiere anhand der Literatur und der Daten aus unserem Labor ab.
Wir stellen fest, dass eine Vielzahl von bekannten Stressoren zuverlässig zu einer unterdrückten Gesangsrate führen, und dass mittels Kontraposition eine erhöhte Gesangsrate ein Indikator für das Wohlbefinden ist. Unser Ziel ist es, einige der brennendsten Fragen zum Wohlbefinden von Zebrafinken in der Forschung zu beantworten.
Teaching
INI-434, 227-1049-00 Block: Insights Into Neuroinformatics
INI-435, 227-0395-00 Neural Systems
INI-503, 227-1041-01 NSC Master Thesis (long) and Exam
INI-504, 227-1041-02 NSC Master Thesis (short) and Exam
INI-505, 227-1036-01 NSC Master Short Project I
INI-506, 227-1036-02 NSC Master Short Project II