Kausative Mechanismen mesoskopischer Aktivitätsmuster in der auditorischen Kategorien-Diskrimination

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Sonja Grün; Professor Dr. Frank W. Ohl; Professor Dr. Bertram Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238707842

Kategorienbildung ist ein fundamentaler Bestandteil der Kognition. Die ihr zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen sind dabei noch größtenteils unverstanden. Während die meisten bisherigen Studien neuronale Mechanismen der Kategorienselektivität in höheren Assoziationsarealen untersucht haben, weisen neuere Arbeiten vermehrt auf eine Rolle bereits der sensorischen Hirnareale hin.In der Vergangenheit hat unser Labor hat ein robustes Modell der Kategorien-Bildung etabliert, das auf frequenzmodulierten Tönen und einem go/no-go Shuttleboxparadigma basiert. Wir haben dieses Modell bisher genutzt, um 1. Verhaltenscharakteristika des Kategorienlernens zu untersuchen, 2. dessen neuronale Basis im Hörkortex nachzuweisen, 3. die neurochemischen und proteomischen Konsequenzen zu beleuchten und 4. gezeigt, dass elektrokortikografische Messungen mesoskopischer Muster im Hörkortex das Verhalten vorhersagen können. Für die zweite Phase unseres Antrags wollen wir nun die kausalen Mechanismen aufklären, die beim Lernen aus zurückliegenden korrekten und unkorrekten Entscheidungen differentiell rekrutiert werden. Dabei bleibt unser primäres Ziel, formale neurophysiologische Kausalität zwischen neuronalen Aktivitätsmustern und dem Verhalten zu demonstrieren, indem wir sowohl die notwendingen, als auch die hinreichenden physiologischen physiologischen Mechanismen für korrekte Kategorienbildung nachweisen. Dieses Ziel soll durch Kombination neurophysiologischer, optogenetischer und verhaltensphysiologischer Verfahren erreicht werden, welche wir im Rahmen der ersten Antragsphase entwickelt haben. Indem wir die Befunde zu mesoskopischen Mustern mit der Analyse der mikroskopischen Spiking-Muster einzelner Neurone vergleichen, hoffen wir zudem, kausale Zusammenhänge zwischen den mesoskopischen Mustern und der ihnen zugrunde liegenden Einzelzellaktivität herzustellen.Unser besonderer Beitrag zum SPP 1665 liegt in der direkten, kausalen Untersuchung der meso- und mikroskopischen Gehirnaktivität im Rahmen eines komplexen, kognitiven Verhaltensparadigmas. Um dies zu erreichen, werden wir fortschrittliche Werkzeuge (WP1) entwickeln und diese in einem robusten Verhaltensversuch kognitiver, auditorischer Kategorienbildung einsetzen (WP2). Durch neue Analyse-Verfahren sollen die Zusammenhänge zwischen der mesoskopischen Ebene und der Einzelzellaktivität aufgeklärt werden (WP3). Durch diese Herangehensweise nutzen wir gezielt das Troika-Konzept des SPP1665 aus, um im Verbund aus Toolmaker, Experimenter und Analyst diese anspruchsvollen Fragen zu beantworten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1665: Aufschlüsselung und Manipulation neuronaler Netzwerke im Gehirn von Säugetieren: Von korrelativen zur kausalen Analyse
• Mitverantwortlich: Dr. Michael Lippert