Modelle der Zeitwahrnehmung und ihrer dopaminergen Modulation

• Antragsteller: Dr. Thomas Theodor Gerd Hahn; Professor Dr. Joachim Hass
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390956983

Die Fähigkeit zur Zeitwahrnehmung ist für fast alle Aspekte unseres Denkens und Handelns von entscheidender Bedeutung, von der Verarbeitung einfacher Sinneseindrücke bis hin zu komplexen kognitiven Leistungen. Die Wahrnehmung der Zeit ist auch eine der wichtigen Fähigkeiten, die bei geistigen Erkrankungen wie Schizophrenie gestört sind. Trotz dieser immensen Bedeutung sind die neuronalen Mechanismen der Zeitwahrnehmung bisher unbekannt, unter anderem wegen der bisher unzureichenden Verknüpfung verschiedener Ebenen der Untersuchung in der Psychologie, der Elektrophysiologie, durch bildgebende Verfahren und theoretische Modellierung.Dieses Projekt hat zum Ziel, die grundlegenden Eigenschaften der Zeitwahrnehmung zu verstehen im Hinblick auf ihre psychophysikalischen Gesetzmäßigkeiten und ihre zugrundeliegenden neuronalen Mechanismen, wobei der Fokus auf der Modulation durch den Neurotransmitter Dopamin liegt. Um zu diesen Erkenntnissen zu gelangen, kombinieren wir theoretische Modellbildung mit elektrophysiologischen Experimenten an freilaufenden Ratten. Im theoretischen Teil des Projekts testen wir, inwieweit sich eine Reihe von etablierten Modellen der Zeitwahrnehmung erfolgreich in eine von uns entwickelte, biologisch hoch realistische Computersimulation des präfrontalen Cortex einbauen lassen, und ob diese Modelle in der Lage sind, eine Reihe von Ergebnissen aus psychologischen und pharmakologischen Experimenten zu reproduzieren. Des Weiteren werden wir ein weiteres Modell der Zeitwahrnehmung entwickeln, das auf jüngsten informationstheoretischen Überlegungen beruht, und das inhärente Probleme der bisherigen Modellansätze überwinden kann. Im experimentellen Teil lassen wir Ratten eine Zeitwahrnehmungsaufgabe zur Reproduktion von Zeitintervallen ausführen. Diese Verhaltensaufgabe kombinieren wir mit elektrophysiologischen Messungen vom präfrontalen Cortex und Striatum. Ein tieferes Verständnis der der Zeitwahrnehmung zugrundeliegenden Prozesse werden wir durch pharmakologische Manipulation der Dopaminrezeptoren bzw. durch optogenetische Stimulation des ventralen Tegmentums, das speziell den präfrontalen Cortex mit Dopamin versorgt, gewinnen. In einem finalen Schritt stellen wir den Versuchsaufbau in unserer Simulation nach und vergleichen deren Vorhersagen für die verschiedenen Modelle mit den tatsächlich gewonnenen Daten aus der Verhaltensauswertung und den elektrophysiologischen Ableitungen. Dies dient zum einen der Verfeinerung der Modelle, ermöglicht aber auch Aussagen darüber, welche der Modelle am besten geeignet für das neuronale Substrat der Zeitwahrnehmung erscheinen. Aufgrund der engen Zusammenwirkung von Theorie und Experiment, der neuartigen Kombination verschiedenartiger Verhaltensexperimente und elektrophysiologischen Ableitungen höchster Güte halten wir dieses Projekt für ideal geeignet, um substanzielle Fortschritte auf dem Weg zu einem integrierten Verständnis der Zeitwahrnehmung zu erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen