Die Dynamik der Signalgebung in neuronalen Populationen im Zuge des Stroms von Wahrnehmungsereignissen.

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kristine Krug
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406679869

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Wenn wir auf einer belebten Straße gegen den Strom der Menschen laufen und versuchen, jemanden zu finden, mit dem wir uns verabredet haben, sehen wir uns einer Welt dynamisch wechselnder visueller Eindrücke gegenüber. Wir müssen um Straßenmöbel und Menschen herumnavigieren, während wir gleichzeitig Gesichter scannen, um die gesuchte Person zu erkennen. Diese zeitliche Dynamik und die Notwendigkeit, Informationen zu integrieren, die in verschiedenen visuellen Domänen und Arealen kodiert sind, stellen eine der nächsten großen Herausforderungen für die systemischen Neurowissenschaften dar. Mein Heisenberg-Forschungsprogramm untersuchte, wie Neuronen dynamisch interagieren, um solche Wahrnehmungsentscheidungsprozesse im Primatengehirn zu formen. Dabei wurden neurophysiologische Ableitungen, hochauflösende MRT und detaillierte Analysen der zentralen neuroanatomischen und funktionellen neuronalen Schaltkreise im visuellen und parietalen Kortex eingesetzt. In Projekt 1, der DFG-Sachbeihilfe, konnten wir zeigen, wie die Signaldynamik die Wahrnehmungswahlsignale und die Wahrnehmungsstabilität bei 3D-Bewegungen beeinflusst. Außerdem konnten wir aus den neuronalen Signalmustern über verschiedene Versuche hinweg die kognitive Strategie der Affen für zukünftig anstehende Entscheidungen entschlüsseln. Mit Hilfe neuroinformatischer Ansätze konnten wir zeigen, dass sich die Verarbeitung von Bewegungs- und 3D-Tiefenbeurteilungen grundlegend unterscheidet. Wir charakterisierten auch die zugrunde liegende funktionelle und strukturelle Konnektivität zwischen V5/MT und dem sensomotorischen Areal LIP im parietalen Kortex sowie deren Interaktionen. Im Rahmen des erweiterten Heisenberg-Programms haben wir einen Set-up für strukturelle und funktionelle hochauflösende MRT bei 7T mit Rhesusaffen und für fokussierte Ultraschallstimulation aufgebaut. Ein wichtiges Ergebnis ist der Nachweis der korrekten strukturellen Segmentierung eines kortikalen Bereichs bei Primaten mit nicht-invasiver Diffusions-MRT. Eine Methode, die wir derzeit auf ADHS-Patienten übertragen, um präzise Ziele für die Hirnstimulation bei Einzelpersonen zu bestimmen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Developmental trajectory of social influence integration into perceptual decisions in children. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(7), 2713-2722.
  Large, Imogen; Pellicano, Elizabeth; Mojzisch, Andreas & Krug, Kristine
  
• Interneuronal correlations at longer time scales predict decision signals for bistable structure-from-motion perception. Scientific Reports, 9(1).
  Wasmuht, D. F.; Parker, A. J. & Krug, K.
  
• Offline impact of transcranial focused ultrasound on cortical activation in primates. ELife, 8.
  Verhagen, Lennart; Gallea, Cécile; Folloni, Davide; Constans, Charlotte; Jensen, Daria EA; Ahnine, Harry; Roumazeilles, Léa; Santin, Mathieu; Ahmed, Bashir; Lehericy, Stéphane; Klein-Flügge, Miriam C; Krug, Kristine; Mars, Rogier B; Rushworth, Matthew FS; Pouget, Pierre; Aubry, Jean-François & Sallet, Jerome
  
• Preserved extrastriate visual network in a monkey with substantial, naturally occurring damage to primary visual cortex. eLife, 8.
  Bridge, Holly; Bell, Andrew H.; Ainsworth, Matthew; Sallet, Jerome; Premereur, Elsie; Ahmed, Bashir; Mitchell, Anna S.; Schüffelgen, Urs; Buckley, Mark; Tendler, Benjamin C.; Miller, Karla L.; Mars, Rogier B.; Parker, Andrew J. & Krug, Kristine
  
• Behavioral flexibility is associated with changes in structure and function distributed across a frontal cortical network in macaques. PLOS Biology, 18(5), e3000605.
  Sallet, Jérôme; Noonan, MaryAnn P.; Thomas, Adam; O’Reilly, Jill X.; Anderson, Jesper; Papageorgiou, Georgios K.; Neubert, Franz X.; Ahmed, Bashir; Smith, Jackson; Bell, Andrew H.; Buckley, Mark J.; Roumazeilles, Léa; Cuell, Steven; Walton, Mark E.; Krug, Kristine; Mars, Rogier B. & Rushworth, Matthew F. S.
  
• Coding Perceptual Decisions: From Single Units to Emergent Signaling Properties in Cortical Circuits. Annual Review of Vision Science, 6(1), 387-409.
  Krug, Kristine
  
• Cross-species cortical alignment identifies different types of anatomical reorganization in the primate temporal lobe. eLife, 9.
  Eichert, Nicole; Robinson, Emma C.; Bryant, Katherine L.; Jbabdi, Saad; Jenkinson, Mark; Li, Longchuan; Krug, Kristine; Watkins, Kate E. & Mars, Rogier B.
  
• Differences in Frontal Network Anatomy Across Primate Species. The Journal of Neuroscience, 40(10), 2094-2107.
  Barrett, Rachel L. C.; Dawson, Matthew; Dyrby, Tim B.; Krug, Kristine; Ptito, Maurice; D.'Arceuil, Helen; Croxson, Paula L.; Johnson, Philippa J.; Howells, Henrietta; Forkel, Stephanie J.; Dell'Acqua, Flavio & Catani, Marco
  
• Distinct decision processes for 3D and motion visual stimuli in humans and macaques. Society for Neuroscience (SFN) Washington DC abstracts PSTR413.12
  Rangotis R., Nowakowska S., Kakaei E., Akande A. & Krug K.
  
• On the cortical connectivity in the macaque brain: A comparison of diffusion tractography and histological tracing data. NeuroImage, 221, 117201.
  Girard, Gabriel; Caminiti, Roberto; Battaglia-Mayer, Alexandra; St-Onge, Etienne; Ambrosen, Karen S.; Eskildsen, Simon F.; Krug, Kristine; Dyrby, Tim B.; Descoteaux, Maxime; Thiran, Jean-Philippe & Innocenti, Giorgio M.
  
• The effects of reward and social context on visual processing for perceptual decision-making. Current Opinion in Physiology, 16, 109-117.
  Takagaki, Kentaroh & Krug, Kristine
  
• Validation of structural brain connectivity networks: The impact of scanning parameters. NeuroImage, 204, 116207.
  Ambrosen, Karen S.; Eskildsen, Simon F.; Hinne, Max; Krug, Kristine; Lundell, Henrik; Schmidt, Mikkel N.; van Gerven, Marcel A.J.; Mørup, Morten & Dyrby, Tim B.
  
• Intra-Areal Visual Topography in Primate Brains Mapped with Probabilistic Tractography of Diffusion-Weighted Imaging. Cerebral Cortex, 32(12), 2555-2574.
  Tang-Wright, K.; Smith, J. E. T.; Bridge, H.; Miller, K. L.; Dyrby, T. B.; Ahmed, B.; Reislev, N. L.; Sallet, J.; Parker, A. J. & Krug, K.
  
• Histological validation of the accuracy of diffusion tensor imaging for tracing fibre tracts in macaque extrastriate visual cortex
  Sams D., Smith J., Gaillard C., Ahmed B. & Krug K.
  
• Linear decoding applied to V5/MT neuronal activity on past trials predicts current sensory choices. FENS Forum, Artikel S03- 489
  Ben Hadj Hassen S., Gaillard C., Parker A. & Krug K.
  
• Neuronal population activity in macaque V5/MT reflects and predicts visual perceptual strategy. Society for Neuroscience San Diego abstracts 545.23
  Gaillard C., Ben Hadj Hassen S., Parker A. & Krug K.
  
• Histological validation of diffusion MRI and tractography for tracing fibre tracts in macaque extrastriate visual cortex. SFN Washington DC abstracts PSTR150.14
  Sams D. L. N., Smith J. E. T., Gaillard C., Bashir A., Bridge H., Dyrby T. B. & Krug K.
  
• Segregated divisions of macaque lateral intraparietal area (LIP) revealed by post-mortem diffusion-weighted imaging and tractography. SFN Washington DC abstracts R148.05
  Wirsum M., Smith J. E., Dyrby T. B. & Krug K.
  
• Anatomical circuits for flexible spatial mapping by single neurons in posterior parietal cortex.
  Ahmed, Bashir; Ko, Hee Kyoung; Rüsseler, Maria; Smith, Jackson E. T. & Krug, Kristine
  
• Distinct decision processes for 3D and motion stimuli in both humans and monkeys revealed by computational modelling. openRxiv.
  Rangotis, Revan; Nowakowska, Sabina; Dayan, Peter; Parker, Andrew J.; Kakaei, Ehsan; Akande, Abibat & Krug, Kristine
  
• Pulvinar projections to dorsal and ventral subdivisions of area LIP in the macaque. SFN Chicago
  Ziegler S., Ahmed B., Parker A. J. & Krug K.