Die Rolle der cerebello-parietalen Projektion für die Bestimmung des kinematischen Zustands des Körpers

• Antragsteller: Professor Dr. Cornelius Schwarz
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464398405

Eine dominante Theorie im Feld der sensomotorischen Integration ist, dass sensorische Signalflüsse mit prädiktiven Signalen von internen Modellen verglichen werden, um den kinematischen Zustand des Körpers und seiner Gliedmaßen mit optimaler Präzision zu bestimmen (Engl. ‚state estimation‘). Das interne Model erstellt hierzu eine Prädiktion von sensorischen Konsequenzen einer geplanten Bewegung unter Ausnutzung der Efferenzkopie des Motorkommandos und anderer kontextueller Signale. Es gibt sehr gute Evidenz dafür, dass das Kleinhirn eine neurobiologische Realisierung von solchen internen Modellen darstellt. Obwohl die nachgeschaltete Zustandsbestimmung ein klassisches Konzept ist, ist der Ort ihrer Realisierung im Gehirn nicht bekannt. Gründe hierfür sind u.a. die anatomische Komplexität der Kleinhirnprojektionen und die Möglichkeit, dass mehrere Varianten der Zustandsbestimmung im Gehirn existieren könnten. Der Neokortex der Säugetiere berechnet zum Beispiel sehr wahrscheinlich eine ähnliche Größe, die jedoch auf anderen Zeitskalen gilt, und andere Lernsysteme und Verhaltenskontexte adressieren könnte. Über eine mögliche Interaktion verschiedener prädiktiver Signale ist wenig bekannt.Unser Fokus in diesem Projekt ist die zerebelläre Zustandsbestimmung, die sehr eng mit der Generierung von Bewegungen verbunden ist. Die Ausgänge des Kleinhirns werden in massiver Weise auf den sensomotorischen Kortex projiziert. Wir werden prädiktive Signale auf der zerebello-parietalen Projektion mit extrazellulärer Multi-Neuron Elektrophysiologie verfolgen und durch kausale Analyse mittels temporärem optogenetischem Block des Kleinhirns von kortikalen Varianten trennen. Weiterhin werden wir ihre Interaktion mit bekannten prädiktiven Signalen des Parietalkortex untersuchen. Hierfür haben wir ein neuartiges Werkzeug der Verhaltensbeobachtung etabliert. Es übersetzt den klassischen Ansatz von Curtis Bell aus den 1980iger Jahren (den er für Untersuchungen im elektrischen Fisch eingesetzt hat) in einen Ansatz mit verhaltenstrainierten Mäusen, die operante Tasthaarbewegungen ausführen. Diese Strategie wird es uns erlauben, zerebelläre und kortikale Varianten der Prädiktion und Zustandsbestimmung im sensomotorischen Thalamus und parietalen Kortex, welche Eingänge aus der taktilen Peripherie und dem Kleinhirn erhalten, systematisch zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen