Intraoperative extrazelluläre Multi-Kanal-Ableitungen zur Untersuchung der neuronalen Kodierung von Anzahlen im menschlichen Gehirn

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Jens Gempt; Professor Dr. Simon N. Jacob
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403664758

Eine besondere Herausforderung in der kognitiven Neurowissenschaft ist es, spezifische zelluläre Korrelate für definierte Gehirnfunktionen zu identifizieren. Im tierexperimentellen Bereich werden dabei große Fortschritte erzielt, weil hier eine wachsende Zahl von Werkzeugen zur Messung und Manipulation der Aktivität individueller Neurone und ihrer Netzwerke im sich verhaltenden Versuchstier zur Verfügung steht. Gerade dieses Detailverständnis fehlt jedoch in Humanstudien. Wir wissen nur sehr wenig darüber, wie Gehirnfunktionen auf der neuronalen Ebene beim Menschen implementiert werden.Das zentrale Ziel dieses Projektes ist es, die zellulären Mechanismen kognitiver Funktionen des Menschen anhand eines ausgewählten Beispiels eingehend zu untersuchen. Numerische Kompetenz, also die Fähigkeit, Elemente abzuzählen, zu messen und in Reihenfolgen zu ordnen, wird maßgeblich von der Aktivität des präfrontalen Kortex gesteuert und ist daher besonders gut geeignet für die Erforschung der neuronalen Grundlagen höherer Hirnleistungen des Menschen. Wir werden bei neurochirurgischen Patienten, die wach zur Entfernung von Hirntumoren operiert werden, die extrazelluläre Aktivität von großen Gruppen individueller Neurone und ihrer lokalen Netzwerke im präfrontalen Kortex aufzeichnen. Während dieser Messungen werden Patienten kognitive Aufgaben durchführen, welche die Verarbeitung von Mengen, dargestellt als Anzahl von Punkten in einem Schaubild (nicht-symbolisch) oder als arabische Ziffern (symbolisch), erfordern. Wir werden zwei Hauptfragen adressieren, die mit nicht-invasiven, z.B. bildgebenden Methoden nicht zu beantworten sind. Erstens, wie werden nicht-symbolische Anzahlen auf der Ebene individueller Neurone beim Menschen kodiert? Zweitens, ändert sich diese neuronale Kodierung, wenn Anzahlen symbolisch dargestellt werden, oder ist sie Notations-unabhängig, also gänzlich abstrakt?Dieses Projekt beschreitet neue Wege zur Messung und Interpretation neuronaler Aktivität im menschlichen Gehirn. Wir möchten eine Brücke schlagen zwischen tierexperimentellen und humanen Studien, um dadurch ein detailliertes, zellulär basiertes Verständnis des menschlichen Zahlensinns und damit verbundener höherer kognitiver Funktionen zu erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen