Teaching – HU Berlin

Fakultät für Lebenswissenschaften

(Page only in german)

Q-Team, interdisziplinäres Forschungstutorium, WS 2015/16
Theoretische Biologie, Physik, Mathematik und Informatik

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Visual communication network within a fish school [Rosenthal et al., PNAS 112, 15, 2015]

“Swarms as Information Processing Systems – Information Transfer &
Collective Dynamics”

Die scheinbar mühelose Koordination innerhalb von Vogel- oder Fischschwärmen, und der dazu nötige rasend schnelle Informationsaustausch zwischen Individuen fasziniert bereits seit geraumer Zeit Forscher aus unterschiedlichsten Disziplinen, wie Biologie, Mathematik, und Physik.

Der effektive Informationsaustausch ist essentiell für den Schutz von Individuen innerhalb eines Schwarms vor Räubern durch das sogenannte „Viele-Augen-Prinzip“. Hierbei, stellt sich aber die Frage nach der optimalen Balance zwischen Sensitivität des Schwarms bzgl. externer Umweltreize (Räuber) und deren Verstärkung innerhalb des Schwarms auf der einen Seite, und einer robusten, zuverlässigen Informationsverarbeitung unter Unsicherheit und variabler Umwelt (Fluktuationen) auf der anderen Seite. Basierend auf grundlegenden theoretischen Überlegungen aus der statistischen Physik wurde in den letzten Jahren postuliert, dass Tierschwärme deshalb in einem speziellen Parameterbereich, am sogenannten kritischen Punkt operieren sollten, um Ihre Informationsverarbeitung und -übermittlung zu optimieren. Obwohl es erste viel- versprechende experimentelle Ergebnisse zu Vogelschwärmen gibt, sind viele grundlegende Fragen noch ungeklärt.

Im Rahmen des geplanten Q-Teams wird eine kleine Gruppe von Studierenden die Gelegenheit haben sich mit dieser hochaktuellen und innovativen Forschungsfrage der kollektiven Informationsverarbeitung in Tierschwärmen auseinandersetzen. Zuerst werden wir uns gemeinsam in die wichtigsten Forschungsarbeiten einlesen und diese im Rahmen des Tutoriums diskutieren. Anschließend werden wir in einem praktischen Teil mit Hilfe von Computersimulationen Agenten-basierter mathematischer Modelle von Schwärmen uns kritisch mit folgenden Fragen auseinandersetzen: (1) Gibt es universelle Prinzipien der kollektiven Informationsverarbeitung in Schwärmen? (2) Wie kann man eigentlich Informationsverarbeitung von Schwärmen quantifizieren? (3) Was sind mögliche Mechanismen der Selbstorganisation von Tiergruppen, welche die Informationsverarbeitung optimieren?

Gesamtumfang:

32 SWS, 16 Wochen a 2 SWS (Beginn Dez. 2015, Details nach Absprache mit Teilnehmern)

Zielgruppe:

Studierende der Physik, Mathematik, Informatik, Biologie ab dem 4. Semester mit guten mathematischen Kenntnissen. Eine numerische Implementierung einfacher Schwarm-Modelle wird zur Verfügung gestellt, allerdings werden grundlegende Programmierkenntnisse (Matlab, Python, Mathematica, R oder ähnliches) vorausgesetzt. Besonders erwartet wird ein hohes Interesse an interdisziplinärer Arbeit mit Berührungspunkten zur (theoretischen) Physik, Biologie, Mathematik und Informatik.

Kontakt und weitere Informationen:

Dr. Pawel Romanczuk, Email: romanczuk@physik.hu-berlin.de

Interessierte Studierende sollten sich möglichst frühzeitig per Email vorabmelden.

Allgemeine Infos für Studierende zu Q-Teams als Lehrveranstaltung gibt es hier.