GRK 1091:  Orientation and Motion in Space

• Subject Area: Neurosciences
• Term: from 2005 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 449590

• Final Report Year: 2014

Final Report Abstract

Ein Schwerpunkt der klinischen und experimentellen neurowissenschaftlichen Forschung am Campus der Ludwig-Maximilians Universität war und ist die Untersuchung der multimodalen und senso-motorischen Interaktionen bei der Orientierung und Bewegung im Raum. Der Ausgangspunkt des Graduierten Kollegs war daher die Idee diese Forschung dem interessierten Nachwuchs zu vermitteln und in einen breiten interdisziplinären Rahmen zu stellen. Diese wurde bei der Planung des GRK 1091 „Orientierung im Raum“ durch die Mitbeteiligung von grundlagen-orientierten Arbeitsgruppen, die tier-experimentell arbeiten, Gruppen mit einem neuro-psychologischen Schwerpunkt, Bildgebung und mehr klinisch psychophysisch ausgerichteten Gruppen erreicht. Dazu waren viele der Projekte eingebettet in den klinischen Schwerpunkt Schwindel und Gleichgewicht. Im Verlauf des GRKs wurde dieser klinische Schwerpunkt durch eine Förderung des BMBFs zu einem IFB Schwindel ausgebaut. Die in diesem Kontext durchgeführten Promotionsprojekte lassen sich in folgende Fragekomplexe unterteilen: 1) Mechanismen der Aufmerksamkeitssteuerung, 2) Mechanismen der Augenbewegungssteuerung 3) Mechanismen der Bewegungs- und Raum- Repräsentation 4) Mechanismen des Lernens bzw. der Adaptation von einfachen und komplexen Zielbewegungen und 5) Modellierung von diesen Prozessen. Im Einzelnen wurde in diesem Zusammenhang Untersuchungen zur Alterung im optokinetischen System durchgeführt, wobei die Untersuchungen eine im Alter veränderte kortikale Aktivierung in entsprechenden Zentren nachweisen konnte. Eine andere Untersuchung zeigte, dass spezifischen Neuronengruppen für langsame und schnelle Phasen identifiziert werden können. Die Grundlage für die Optokinetik ist die Analyse von Umweltbewegungen, dieses wurde im Modell der Fruchtfliege untersucht. Fliegen benutzen für die visuelle Kurssteuerung einen Satz großer Neurone, die auf den eigen-generierten optischen Fluss ansprechen. Die rezeptiven Felder dieser Neurone waren bislang entweder durch ein Vektorfeld beschrieben worden, welches die räumliche Verteilung der lokalen Vorzugsrichtungen angibt, oder durch ein zeitliches Filter, welches den optimalen Geschwindigkeitsverlauf eines sich homogen bewegenden Musters beschreibt. Es wurde im Rahmen des GRKs nachgewiesen, dass die rezeptiven Felder als dynamische Vektorfelder dargestellt werden können und dass sich das Antwortverhalten dieser Neurone ändert, je nachdem ob die Fliege in Ruhe ist oder stationär fliegt. Bei der Steuerung von Sakkaden und langsamen Augenfolgebewegungen werden die Gesetze des Listings Law für 3-Dimensionale-Bewegungen eingehalten und die visuelle Umgebung beeinflusst die Prädiktion der visuellen Zielpunktbewegung. Der Frage der Lokalisation von akustischen Quellen wurde in einer Reihe von Untersuchungen zu dem neuronalen Antwortverhalten im Bereich der medialen Olive aber auch des auditorischen Kortex durchgeführt. Aufmerksamkeitsverschiebungen sind essentiell für das Erkennen von sensorischen Reizen, dabei konnte gezeigt werden, dass dieses in bestimmten Situationen diese Aufmerksamkeitsverschiebung über Einzelbewegungen und multiplen Zielen hinweg geplant wird und auch verschiedene Effektoren (Augen, Fingerzeigen) betreffen kann. Komplexe Sequenzen für Zielbewegungen werden Effektor unabhängig gelernt und einzelne Bewegungssequenzen aus einer längeren Bewegungssequenz können ohne generelles Umlernen verändert werden, was für eine Abspeicherung der Zielpunkte unabhängig voneinander spricht. Dabei wird bei den Einzelnen Bewegungen die Endposition kontrolliert, nicht aber die Trajektorie der Bewegung. Ähnliches gilt auch für die Abspeicherung und die Reproduktion von Gangbewegungen im Raum. Die Vielzahl verschiedener Projekte zeigt, dass die Frage, „wie orientieren wir uns im Raum“, eine Vielzahl von verschiedenen Aspekten umfasst, und nicht nur die neuronale Verarbeitung von sensorischen Signalen in den primären sensorischen Areale, sondern auch die Kontextabhängigkeit dieser sensorischen Arealen als auch die Abspeicherung in spezifischen räumlichen Koordinaten umfasst.

Publications

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