Thalamo-cortical communication and visual attention
Final Report Abstract
Die Fähigkeit Aufmerksamkeit schnell und flexibel zu verändern gehört zu den grundlegenden Leistungen des menschlichen Gehirns. So ist es beispielsweise im Strassenverkehr für Autofahrer unersetzlich, mehrere weitere Verkehrsteilnehmer und Signale gleichzeitig im Blick zu behalten sowie flexibel und schnell plötzliche Veränderungen zu sehen und darauf zu reagieren. Trotz grosser Forschungsfortschritte im Verständnis der neuronalen Mechanismen des Sehens und der Aufmerksamkeit bleiben viele wichtige Aspekte bis heute unverstanden. Ziel dieses Forschungsprojektes war es Gehirnmechanismen zur visuellen Reizverarbeitung und zur visuellen Aufmerksamkeit mit modernen elektrophysiologischen Multielektrodentechniken sowie optogenetischen Verfahren zu untersuchen. Diese Methoden erlauben es, neuronale Schaltkreise kausal zu manipulieren und gleichzeitig Interaktionen zwischen Nervenzellverbänden im Tierversuch zu studieren. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Seh- und Aufmerksamkeitsleistungen wurden die zentralen Untersuchungen an für Forschungszwecke gezüchteten Makaken durchgeführt. Ausserdem konnten einige Aspekte der im Tierversuch gewonnenen neuen Aspekte durch Humanstudien erweitert werden um dadurch auf Aufmerksamkeitsleistungen im menschlichen Gehirn Schlüsse treffen zu können. Die optogenetischen Experimente zu neuronalen Schaltkreisen erlaubten die erstmalige Isolierung der sogenannten Koniozellen von benachbarten Zelltypen im lateralen Kniehöcker des visuellen Systems, sowie deren Projektion in die oberen Schichten der primären visuellen Sehrinde. Dieselben Resultate konnten mit elektrischer Hirnstimulation erzielt werden, einer Technik, die für therapeutische Zwecke in der Neurologie verwendet wird. Dieses Ergebnis validiert die neue optogenetische Technik und bietet somit eine Grundlage für weitergehende Untersuchungen zur Funktion dieser Koniozellen fürs Sehen und für die Entwicklung einer Sehprothese für bestimmte Formen von Blindheit. Im Bereich der visuellen Aufmerksamkeitsmechanismen konnten unsere Untersuchungen unter anderem das Auftreten eines rhythmischen visuellen Scanmusters zeigen. In Situationen, die eine räumliche Verteilung von Aufmerksamkeit erforderten, schwankte die Aufmerksamkeit rhythmisch alle 200-300 ms zwischen benachbarten Zielobjekten. In unseren elektrophysiologischen Ableitungen der Großhirnrinde konnten wir außerdem zeigen, dass diese Aufmerksamkeitsschwankungen von rhythmischer Gehirnaktivität der visuellen Großhirnrinde begleitet waren und dass diese Aktivität durch wechselseitig hemmende Interaktionen benachbarter Nervenzellverbände vermittelt wurde8. Somit konnte ein neuer Gehirnmechanismus für die flexible Ausrichtung von Aufmerksamkeit beschrieben werden. Wie nun gestörte Gehirnrhythmen zu Aufmerksamkeitsdefiziten unter neuropsychiatrischen Bedingungen beitragen, ist ein wichtiger Aspekt laufender Forschungsprojekte.
Publications
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