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Neural dynamics of visual cognition

Fachliche Zuordnung Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
Förderung Förderung von 2016 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278405424
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In einem Wimpernschlag erkennen wir mühelos alltägliche Gegenstände wie die Buchstaben auf dieser Seite oder eine Kaffeetasse auf einem Tisch. Die scheinbare Leichtigkeit unserer visuellen Erkennungsfähigkeiten täuscht jedoch über ihre Komplexität hinweg: Wir identifizieren und klassifizieren Objekte korrekt unter Tausenden von Alternativen, und das innerhalb von wenigen hundert Millisekunden und trotz enormer Schwankungen des Netzhautbildes, die durch veränderte Sehbedingungen entstehen. Ziel dieses Projekts war es, die neuronale Dynamik zu erforschen, die die visuelle Objektwahrnehmung ermöglicht. Dazu verwendeten wir eine Kombination aus nicht-invasiver Bildgebung des menschlichen Gehirns, computergestützter Modellierung (tiefe neuronale Netze), Verhaltensbewertung und multivariaten Analysetechniken. Insbesondere wollten wir a) die komplexe räumlich-zeitliche Dynamik aufdecken, die die Objektwahrnehmung ermöglicht (Ziel 1), b) die Art und Weise, wie Informationen durch die zugrundeliegende neuronale Architektur in Feedforward- und Feedback-Richtung fließen (Ziel 2) darlegen, und c) wie feststellen, wie plastisch die zugrundeliegende Architektur ist (Ziel 3).Wir haben die folgenden Ergebnisse erhalten. In Bezug auf Ziel 1 haben wir a) die Algorithmen und das Darstellungsformat der visuellen neuronalen Verarbeitungskaskade aufgeklärt, indem wir eine räumlich-zeitliche Korrespondenz zwischen menschlicher visueller Hirnaktivität und künstlichen tiefen neuronalen Netzen demonstriert haben, b) die räumlich-zeitliche Dynamik für verschiedene Arten von visuellen Inhalten, Dimensionen und Formaten aufgedeckt, c) bestimmt, wie die Teilmenge der Aktivität, die geeignet ist, das Verhalten zu steuern, experimentell bestimmt werden kann, d) dargelegt, wie visuelle Regelmäßigkeiten die neuronale Architektur formen, e) die Analysemethoden geschärft, um relevante empirische Informationen für die Theorie verfügbar zu machen. In Bezug auf Ziel 2 haben wir herausgefunden, a) dass veridisches Sehen und Imaginieren gemeinsame neuronale Repräsentationen im Alpha-Frequenzband haben, b) dass Aufgabenziele Objektverarbeitung spät modifizieren, indem sie selektiv aufgabenrelevante Objektmerkmale verstärken, jedoch mit begrenztem Einfluss auf Objektrepräsentationen per se, c) dass Feed-Forward- und Feedback- Informationsfluss-bezogene Aktivität durch schnelle serielle visuelle Präsentation dissoziiert werden kann, d) und dass Alpha-Frequenz-Feedback kohärentes natürliches Sehen orchestriert. Zur Erreichung von Ziel 3 haben wir die räumlich-zeitliche Dynamik der Transformation von sensorischer zu perzeptiver Braille-Buchstabenwahrnehmung bei Blinden aufgedeckt und die verhaltensmäßige Freigabe der beteiligten Repräsentationen ermittelt. Zusammengenommen tragen unsere Ergebnisse dazu bei, zu verstehen, wie die komplexe raum-zeitliche neuronale Dynamik im visuellen Gehirn unsere Wahrnehmung der Welt und unsere Interaktion mit ihr auf sinnvolle Weise ermöglicht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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