Entwicklung eines minimal-invasiven Magnetsystems zur hochqualitativen drahtlosen Aufzeichnung von Augenbewegungen bei nicht-menschlichen Primaten

• Antragsteller: Professor Dr. Ziad Hafed, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446887860

Die genaue Registrierung der Augenposition ist bei einer Vielzahl von sensorischen, kognitiven und motorischen Untersuchungen der Gehirnfunktion von entscheidender Bedeutung. Bei menschlichen und nicht-menschlichen Primaten basiert heutzutage die Mehrzahl der Experimente auf nicht-invasiven videobasierten Eye-Trackern, deren Leistung in den letzten Jahrzehnten erheblich verbessert wurde. Für die winzigen Augenbewegungen während Fixationen, die eine wichtige Rolle bei der Wahrnehmung und Neuformatierung der räumlich-zeitlichen Statistik von Bildern spielen, die in das visuelle System gelangen, sind jedoch videobasierte Eye-Trackern noch unzureichend. Beispielsweise liegt für Drift-Augenbewegungen, die kontinuierlich zwischen Sakkaden und Mikrosakkaden auftreten, die Positionsänderung des Auges in der Größenordnung von ungefähr einer Bogenminute. So einfache Faktoren wie Schwankungen des Pupillendurchmessers machen solche kleinen Amplituden von Augenbewegungen mit Trackern, die auf Pupillenbildern beruhen, einfach nicht messbar. Dies hat Untersuchungen von Augendrift beim Menschen selten gemacht. Bei nichtmenschlichen Primaten, auf die wir hier unseren Fokus legen, bleibt der Goldstandard für die Augenverfolgung die Skleralspulentechnik. Während diese Technik geeignet ist, selbst kleinste Augenbewegungen während Fixationen zu untersuchen, ist sie eine hochinvasive Technik, die die chirurgische Implantation einer Skleralspule in die Augenhöhle erfordert, wobei ein solcher Draht mehrere Zentimeter lang unter der Haut zu einem Stecker auf dem Schädel geführt wird. Es entsteht auch eine chronisch „offene Wunde“ in der Kopfhaut an der Stelle des Steckers. Neben der Schwierigkeit des chirurgischen Eingriffs selbst führen mögliche Drahtbrüche und Infektionen dazu, dass zusätzliche Operationen zur erneuten Implantation erforderlich sind. Unser Ziel ist es, ein minimal-invasives Eye-Tracking-System für nicht-menschliche Primaten zu entwickeln. Diese Technik verwendet die drahtlose Erfassung von Magnetfeldern, die sich mit dem Auge drehen. Sie wurde zuvor an kleineren Tiere (z. B. Nagetiere) erfolgreich getestet. Es ist minimal-invasiv, da es nur eine einzige Implantation erfordert, um winzige Magnete in die Augenhöhle zu implantieren, die das Magnetfeld zu erzeugen. Diese einmalige Operation ist viel einfacher als die Implantation, die für Skleralspulen erforderlich ist. Anhand umfangreicher theoretischer und simulatorischer Vorversuche zeigen wir, dass mit dieser vorgeschlagenen Technik eine Annäherung an die Qualität von Skleralspulen möglich ist. Unser Ziel in dieser angewandten Forschung ist es, eine erfolgreiche In-vivo-Leistung zu demonstrieren und sie mit den beiden Enden des Spektrums der bisherigen Eye-Tracking-Systemen zu vergleichen: videobasierten Trackern und invasiven Suchspulen. Wir werden unsere Methode so bald wie möglich für die breitere Forschungsgemeinschaft an nicht-menschliche Primaten zugänglich machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen