CHAOS ALS CHANCE

Drei Jahre Max-Planck-Arbeitsgruppe „Nichtlineare Dynamik"

Wer denkt, nur ein völlig regelmäßiges EKG sei Ausdruck eines gesunden Her­zens, irrt. Unregelmäßigkeiten in Grenzen sind nach jüngeren Erkenntnissen günsti­ger, zeugen sie doch von der Anpas­sungsfähigkeit dieses lebenswichtigen Organs. Hier setzen Chaosforscher mit neuartigen Methoden an. Ihr Ziel: anhand von EKG-Messungen frühzeitig Risiko­patienten für den durch finales Kammer- flimmem verursachten plötzlichen Herz­tod herauszufinden. Ihm fallen in Deutschland jährlich 100 000 Menschen zum Opfer. Nur 30% der Betroffenen kön­nen die Mediziner mit klassischen Untersuchungsmethoden erkennen. Die Anstrengungen verschiedenster Wissen­schaftsdisziplinen richten sich auf eine bessere FHiherkennung. Erste Resultate, die unter Ausnutzung von in der Chaos­forschung entwickelten Methoden, insbe­sondere einer renormalisierten Entropie, erzielt wurden, ermöglichen eine überra­schend wirkungsvolle Klassifikation in Gesunde und in Patienten mit hohem Ri­siko. Die Arbeiten am Projekt „Das dyna­mische Herz“ sind ein Standbein der seit 1.1.1992 an der Universität Potsdam ange­siedelten Max-Planck-Arbeitsgruppe „Nichtlineare Dynamik“.

Generell befaßt sich die von Prof. Dr. Jürgen Kurths geleitete interdisziplinäre Arbeits­gruppe mit dem Studium komplexer nicht­linearer Systeme, wobei über­wiegend theoretische Metho den angewendet werden. Im Unterschied zu vielen ande­ren Forschern auf diesem Gebiet, die die Chaostheo- ne auf eher idealisierte La­bor-Experimente anwenden, ver­sucht die Potsdamer Gruppe, mit ihren theoretischen Methoden na­türliche Systeme zu untersuchen. Strukturbildungen im Kosmos, Probleme der Umweltwissen­schaften bis zu medizinischen und psychologischen Aspekten, insbe­sondere der bereits genannten Herz-Frequenz-Variabilität, und die Untersuchung kognitiver Komplexität gehören zu den Forschungsfeldern. Dabei besteht das besondere Problem, daß Messungen natürlicher Systeme nicht unter gleichen Bedingungen - wie eben im Labor möglich - wiederholbar sind.

Die Untersuchung nichtlinearer Dynamik steht erst am Anfang und basiert nach Aus­sage von Prof. Jürgen Kurths oft „auf unzu­lässig vereinfachenden Vorraussetzungen". Deshalb ist eine der Intentionen der Grup­pe, „solche Methoden zur Behandlung die­

ser Prozesse zu entwickeln, die den realen Gegebenheiten besser entsprechen“. Mit dieser Maßgabe hat man bisher folgende grundlegende Aspekte studiert: Über­gangsphänomene zwischen Regularität und Chaos; komplexe Raum-Zeit-Dynamik als Zugang für das Verständnis von Ihrbu- lenz, einem der fundamentalen Probleme der Physik, sowie numerische Verfahren zur nicht-simulativen Analyse des qualitativen Verhaltens nichtlinearer Systeme.

Bei den Anwendungen konzentrierte man sich zunächst auf Objekte astrophysikali- scher Forschung, kam jedoch im Laufe der Arbeiten zu zwei neuen Schwerpunkten. Dazu gehören die bereits genannten in Zu­sammenarbeit mit Kardiologen und Bio­informatikern entwickelten Früherken­nungsverfahren sowie Untersuchungen zur kognitiven Komplexität. Im letzteren Bereich erstreckt sich die Zusammenarbeit auf Lin­guisten und Psychologen und konnte u. a. in einem Interdisziplinären Zentrum der Universität Potsdam verankert werden. Vor­bereitet wird gemeinsam mit Geophysi­kern, Umweltforschern und Mathematikern ein Projekt zum Thema „Kritische Zustände im System Erde“,

Um die Forschung in den neuen Bundeslän­dern zu stärken, hatte sich die Max-Planck-

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Unter Ausnutzung der Chaosforschung ent­wickelte Methoden lassen hoffen, Patienten mit einem hohen Risiko für den plötzlichen Herztod, verursacht durch finales Kammerflimmem, frü­her als bisher zu finden. Das Projekt „Das dyna­mische Herz" ist ein Standbein der an der Uni­versität Potsdam angesiedelten Max-Planck-Ar­beitsgruppe „Nichtlineare Dynamik".Abb.: MPI

Gesellschaft nach der Wiedervereinigung Deutschlands für die Errichtung von Ar­beitsgruppen entschieden. 28 solcher Gruppen - eine auch für die Gesellschaft völlig neue Form - entstanden im Osten Deutschlands. Für fünf Jahre , bis 1996, hat die Gesellschaft deren Finanzierung über­nommen. Damit war die Vorstellung ver­bunden, daß sich die Arbeitsgruppen zu „Keimzellen einer revitalisierten Hochschul­forschung“ an den Universitäten entwik- keln. Die Max-Planck-Gesellschaft hat nicht nur bei der Auswahl der Arbeitsgruppen- leiter hohe Kriterien angelegt, auch die Ar­beit der Gruppen wird alle zwei Jahre von einer internationalen Kommission hochran­giger Experten begutachtet. Einer solchen Evaluierung mußte sich die Arbeitsgruppe „Nichtlineare Dynamik“ am 15./16.3.1995 unterziehen. Der inzwischen vorliegende Bericht bescheinigt, daß die Gruppe etliche wissenschaftliche Spitzenleistungen erzielt und international hohe Anerkennung gefun­den hat.

Wie sich am Beispiel der Max-Planck-Ar­beitsgruppe „Nichtlineare Dynamik“ ge­zeigt hat, waren für ihre bisherige Entwick­lung die Aufbausituation an der Universität Potsdam und in der wissenschaftsreichen Region Potsdam/Berlin von großem Vorteil. Im Zuge des Aufbaus der Universität Pots­dam wurde die nichtlineare Dynamik zu ei­nem von drei Schwerpunktgebieten der hiesigen Physik erklärt. Der Arbeitsgrup­penleiter wurde auf die C4-Pro- fessur für Theoretische Phy- sik/Nichtlmeare Dynamik be­rufen. Vorgesehen ist zu- y\ I y\ dem eine C3-Professur r ' V Statistische Physik/Chaos-

theorie. Eine wesentliche Hilfe für die Eta­blierung fachübergreifender Zusam­menarbeit ist der Aufbau eines Interdis­ziplinären Zentrums für Nichtlineare Dynamik an der Hochschule. Die Be­mühungen um Interdisziplinarität - ein Markenzeichen der Universität Potsdam - wurden inzwischen auch von der Deutschen Forschungsge­meinschaft honoriert. Sie geneh­migte der Universität das Innovati­onskolleg „Formale Modelle kogni­tiver Komplexität“, das geistige Lei­stungen untersucht und von fünf Pro­fessoren der Linguistik, Theoreti­schen Physik und Psychologie getra­gen wird. Es handelt sich um eine für Deutschland einmalige Verknüpfung dieser Disziplinen. Zusammenarbeit verbindet die Arbeitsgruppe ferner mit mehreren, sich ebenfalls mit Strukturbildungen in komple­xen Systemen (Kosmos, Umwelt, Erde) be­fassenden Instituten des Potsdamer Rau­

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