Auf Einladung besuchte Dekan Prof. Oliver Röhrle, Ph. D., Ende Februar die Stanford University in Kalifornien für eine Woche intensiven wissenschaftlichen Austauschs. Während der Tage in Kalifornien hielt er auch eine VorIesung mit dem Titel "Life is Motion: An Integrated View On The Neuromuscular System" (Leben ist Bewegung: Eine integrierte Sicht auf das neuromuskuläre System).
Bewegung ist ein entscheidendes Merkmal des menschlichen Lebens, das es uns ermöglicht, verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Bewegung ist in der Regel die Folge der chemisch-elektromechanischen Eigenschaften der Muskeln. Außerdem können Muskeln als Schnittstelle zwischen dem Gehirn und der Umwelt fungieren. Als solche bieten sie uns ein Fenster zum Gehirn, um z. B. die Steuerung zu untersuchen. Doch trotz mehr als einem Jahrhundert wissenschaftlicher Bemühungen gibt es nur ein grobes Verständnis der gesamten Mechanismen, die Bewegungen ermöglichen, und somit des neuromuskulären Systems und seiner Fähigkeit zur Krafterzeugung. Ein grundlegendes Problem bei der Untersuchung des neuromuskulären Systems in vivo ist der Mangel an ausgefeilten experimentellen Methoden, die Aufschluss darüber geben, wie die menschliche körperliche Leistung mechanistisch mit der biophysikalischen Funktion unseres Körpers verbunden ist. Dies schränkt auch die Entwicklung und Bewertung von Therapien ein, die auf die Behandlung der verschiedenen neuromuskulären Störungen abzielen. Daher sind neue Methoden zur Untersuchung des neuromuskulären Systems in vivo dringend erforderlich. Die Erforschung des neuromuskulären Systems erfordert einen integrierten Ansatz zur Untersuchung der biophysikalischen Grundlagen der menschlichen Bewegung. Das heißt, eine Kombination aus experimentellen Methoden, Computermodellen und Datenwissenschaft. Während wir in allen drei Bereichen forschen, konzentrieren wir uns in diesem Vortrag auf In-silico-Modelle, insbesondere auf kontinuumsmechanische, volumetrische Modelle des neuromuskulären Systems, sowie auf computergestützte Techniken zur Untersuchung der Bewegung und damit des neuromuskulären Systems. Der Vortrag befasst sich beispielsweise mit Homogenisierungstechniken für mikrostrukturell motivierte konstitutive Gesetze, mit Methoden zur Bestimmung der systemeigenen Vordehnungen, mit der Verwendung von chemo-elektromagnetisch-mechanischen Simulationen auf mehreren Ebenen zur Untersuchung der neuromuskulären Rekrutierung (Vorwärtsproblem) sowie mit neuartigen Methoden und aufkommenden Sensortechnologien zur besseren Zerlegung der komplexen neuronalen Rekrutierungsmuster, die zur Muskelkontraktion (inverses/Quellenlokalisierungsproblem) und damit zur Bewegung führen.
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