Duale Feedback Streams und laminare Integration von Long-range interrealen Prozessen im frühen visuellen System

• Antragsteller: Professor Dr. Pascal Fries
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431394854

Kortikale Rückprojektionen („Feedback“) spielen eine zentrale Rolle bei der perzeptuell-kognitiven Integration, sowie in vielen Modellen zur Funktion des Gehirns. Feedback-Projektionen weisen spezifische topografische Eigenschaften auf: Ein diffus und über lange Distanzen projizierender Pfad in den infragranulären Schichten des Kortex, sowie ein Pfad der fokussierter über kürzere Distanzen projiziert, und auf supragranulären Schichten beschränkt ist. Die spezifischen Funktionen dieser beiden Pfade sind bisher unbekannt.Ziel 1 und 2 erforscht diese Pfade durch die Untersuchung laminar-spezifischer Aktivität in frühen visuellen Arealen von Menschen und nicht-humanen Primaten, während diese Verhaltensaufgaben durchführen, die kortikale Interaktionen über weite Distanzen erfordern.Ziel 1, im Menschen, nutzt laminar auflösende funktionelle Magnetresonanztomographie bei 7T, um herauszufinden, welche Stimulus Bedingungen bevorzugt supra- oder infragranuläre Schichten aktivieren. Außerdem soll mit Hilfe kausaler Modellierung auf gerichtete, inter-areale effektive Konnektivität geschlossen werden. Es sollen speziell drei Bereiche untersucht werden:(1) Kontextuelle Effekte, die einen Einfluss auf den Ursprung von Feedback-Signalen, sowie die Vorhersagbarkeit von Stimuli haben.(2) Der Einfluss von Bewegungskohärenz und Stimulus-Erwartung auf Feedback Signale.(3) Die Rolle von räumlicher und eigenschaftsspezifischer Aufmerksamkeit auf das laminare Aktivitätsprofil.Wir erwarten, dass diese Experimente Bedingungen schaffen, die zu einer differenziellen Aktivierung der beiden Feedback-Pfade führen, und somit Rückschlüsse auf deren unterschiedliche Funktion zulassen.Ziel 2, im Weißbüschelaffen, untersucht die kausale Relevanz der beiden Feedback-Pfade, indem diese durch optogenetische Verfahren gezielt aktiviert, und mittels Mehrkanalableitungen über mehrere Areale hinweg verfolgt werden. Unsere Untersuchungen werden wertvolle Daten über die kortikale Informationsverarbeitung liefern, was wiederum zur Verbesserung von Modellen der voraussagenden Kodierung („predictive coding“) beiträgt.Ziel 3 widmet sich der Untersuchung inhibitorischer Verbindungen über lange Distanzen, d.h. zwischen kortikalen Arealen. Es soll untersucht werden, ob diese Verbindungen mit einem bestimmten Schaltkreis assoziiert sind. Es wird vermutet, dass weitreichende inhibtitorische Verbindungen einen wichtigen Einfluss auf kortikale Oszillationen und Synchronisation haben, und somit einen entscheidenden Einfluss auf die inter-areale Verarbeitung von Informationen im Gehirn.Die hier vorgestellten Untersuchungen sollen einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis der kanonischen Mikroschaltkreise im Gehirn leisten. Diese Mikroschaltkreise sind Grundlage der Modelle neuronaler Informationsverarbeitung auf der Basis voraussagender Kodierung, welche wiederrum einen wichtigen Beitrag für das Verständnis der neuronalen Grundlagen psychischer und neurologischer Erkrankungen leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Kenneth Knoblauch