Untersuchungen zur Rolle des Nucleus Caudatus für räumliche Navigation

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Wolbers
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391520072

Das dorsale Striatum, insbesondere der Nucleus Caudatus (NC), ist eine der Kernregionen im Gehirn, die für das räumliche Orientierungsvermögen verantwortlich sind. Durch die Bildung von Assoziationen zwischen externen Stimuli und motorischen Antworten werden rigide Repräsentationen aufgebaut, die sich stark von den flexiblen kognitiven Landkarten im Hippokampus unterscheiden. Neuere Theorien gehen jedoch davon aus, dass der NC eine weitaus größere Rolle bei zielgerichteter Navigation spielt als bislang angenommen, so dass eine präzise Untersuchung der computationalen Prozesse im NC dringend erforderlich ist. Dieser Frage widmet sich das vorliegende Projekt durch die Kombination neurophysiologischer Untersuchungen bei Makaken sowie ultrahochaufgelöster Kernspinuntersuchungen im Menschen, um die navigationsspezifischen Prozesse im NC sowie seiner wichtigsten input- und output- Strukturen zu charakterisieren.Zunächst werden wir bei Makaken durch eine Kombination von temporären Läsionen, invasiven elektrophysiologischen Ableitungen sowie psychophysischen Verfahren untersuchen, inwieweit der NC in basale räumliche Berechnungen involviert ist. Dabei stehen Prozessen der Eigenbewegungswahrnehmung im Fokus, die für die sog. Pfadintegration essentiell sind. Konkret werden wir erstmalig testen, wie der NC zur Wahrnehmung von Richtungs- und Distanzinformation beiträgt und welche Rolle dabei die Interaktion mit wichtigen input- und output- Strukturen spielt.Durch komplementäre Untersuchungen am Menschen mit Hilfe ultrahochaufgelöster Kernspintomografie (7T) werden wir des weiteren untersuchen, inwieweit der NC, im Zusammenspiel mit kortikalen Strukturen, auch in komplexe Navigationsprozesse involviert ist. Diese beinhalten die Kodierung von Vektoren zwischen Landmarken und Zielorten sowie die Bildung kognitiver Landkarten. Dadurch soll eine mögliche Beteiligung des NC an metrischen räumliche Berechnungen nachgewiesen werden. Im nächsten Schritte werden wir die beiden Forschungsansätze (Tier- und Humanforschung) zusammen bringen bei der Untersuchung der Frage, wie der NC zur Integration von Eigenbewegungsinformation und externen Landmarken beiträgt. Aktuell sind die Mechanismen, die dieser komplexen Integrationsleistung zugrunde liegen, nur schlecht charakterisiert, obwohl diese einen äußerst wichtigen Prozess für die räumliche Navigation darstellen.In den abschließenden Experimenten soll getestet werden, inwieweit altersbedingte Veränderungen im NC dazu beitragen, dass ältere Menschen häufig unter räumlichen Orientierungsstörungen leiden. Dazu werden wir konkret der Frage nachgehen, ob die Integration räumlicher Hinweisreize im Alter gestört ist und ob strukturelle Defizite im NC diese Defizite mit erklären können. Dadurch ließe sich ein besseres Verständnis altersbedingter Navigationsdefizite erreichen, was für die Entwicklung möglicher Interventionsstrategien von großer Bedeutung ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Yong Gu