SPP 2411:  LOOPS: Kortiko-subkortikale Interaktionen für Adaptive Wahrnehmung

• Fachliche Zuordnung: Medizin ; Biologie ; Sozial- und Verhaltenswissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500900173

Unser Gehirn nimmt die Welt dynamisch wahr, indem es relevante Reize hervorhebt und irrelevante ausblendet, um dadurch subjektive Momentaufnahmen der Realität zu erzeugen. Wenn Sie beispielsweise in New York City sind und ein Taxi brauchen, werden Sie für gelbe Objekte empfänglich sein, die Farbe der Taxis in New York City. Diese "adaptive Wahrnehmung" der Welt ist der Kern der Flexibilität, die es Säugetieren ermöglicht hat, unter wechselnden Umweltbedingungen zu gedeihen. Die adaptive Wahrnehmung hängt von der Interaktion zwischen dem eingehenden sensorischen Input ("Feedforward") und der Aktivität in Rückkopplungsschleifen ab ("Feedback"), die modulierend wirkt. Anatomen kennen solche Rückkopplungsschleifen schon seit Jahrzehnten. Diese Projektionen entstehen oft im Kortex und innervieren zahlreiche subkortikale Kerne auf verschiedenen Ebenen der sensorischen Verarbeitung. Interessanterweise, sind "Feedback"-Projektionen häufig stärker ausgebildet als "Feedforward" Projektionen. Dennoch betrachten wir die sensorische Verarbeitung weiterhin als eine Vorwärts-Transformation von Informationen. Solche "Feedforward-Netzwerke" erfassen jedoch nicht die ausgeprägte Fähigkeit von Säugetiergehirnen, eine komplexe Welt von Augenblick zu Augenblick flexibel zu interpretieren, je nach den aktuellen Bedürfnissen und früheren Erfahrungen. Wir müssen daher die Rolle der Rückkopplungsprojektionen in unser Verständnis der adaptiven Wahrnehmung einbeziehen. Es gibt zwar Theorien über die Funktion von Rückkopplungsprojektionen, aber ihre Erforschung war bisher begrenzt, weil die vorhandenen Methoden nicht ausreichend verfeinert waren, um diese Projektionen selektiv zu erfassen. Dank der jüngsten technischen Fortschritte ist dies nun möglich. In der Tat können wir jetzt mit genetischen Werkzeugen sowohl die kortikalen Neurone, die Feedback senden, als auch die subkortikalen Neurone, die es empfangen, gezielt ansteuern und sogar manipulieren. In Verbindung mit den jüngsten Fortschritten in der Elektrophysiologie mit dicht gepackten Multielektroden und der hirnweiten Bildgebung ermöglichen uns diese Techniken, die Aktivität der kortikalen und subkortikalen Neuronen selbst bei wachen Tieren während der adaptiven Wahrnehmung zu erfassen und zu manipulieren. Die durch diese technischen Entwicklungen erzeugte Dynamik in der Erforschung der neuronalen Mechanismen der adaptiven Wahrnehmung findet ihre Entsprechung auf theoretischer Ebene in der Einbeziehung von Rückkopplungsschleifen in aktuelle künstliche Netzwerkmodelle.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Israel, USA

Projekte

• Cortico-thalamische Rückkopplungsschleifen zur Stabilisierung der visuellen Wahrnehmung (Antragstellerinnen / Antragsteller Rose, Tobias ;  Tchumatchenko, Tatjana )
• Der mediodorsale Thalamus als zentrale Schnittstelle des olfaktorischen Lernens (Antragstellerinnen / Antragsteller Johenning, Friedrich ;  Schiller, Ph.D., Jackie )
• Die Eigenschaften von Sensory Gating – Untersuchungen der Funktion einer kortikobulbären Schleife. (Antragsteller Schwarz, Cornelius )
• Die Kontrolle der zeitlichen Kodierung mehrerer Neuronen im LGN durch striatisches Feedback (Antragsteller Vinck, Ph.D., Martin )
• Die Pulvinarkerne als zentrale Netzwerkschaltzentrale: Berechnung und Kalibrierung der Organisation des visuellen 3-D-Raums. (Antragsteller Parker, Ph.D., Andrew )
• Die Rolle der neuronalen Interaktion bei der kontextabhängigen visuellen Wahrnehmung im medialen Temporallappen des Menschen (Antragstellerinnen / Antragsteller Liebe, Ph.D., Stefanie ;  Mormann, Florian )
• Ein kortikokollikuläres Netzwerk für Hören und aktive Rauschunterdrückung bei Fledermäusen (Antragsteller Hechavarria, Julio ;  Triesch, Jochen )
• Furchtschleifen: Adaptive sensorische Kodierung in kortikothalamischen Schaltkreisen während des assoziativen Lernens. (Antragsteller Gründemann, Ph.D., Jan )
• Koordinationsfonds (Antragstellerin de Hoz, Ph.D., Livia )
• Kortiko-subkortikale Interaktionen über den retikulären Kern des Thalamus für visuelle adaptive Wahrnehmung (Antragstellerin Busse, Laura )
• Kortikofugale Mechanismen des naturalistischen Furchtgedächtnisses (Antragsteller Letzkus, Ph.D., Johannes )
• Kortikofugale Regulation von Thalamuskernen durch den somatosensorischen Kortex (Antragstellerin Manahan-Vaughan, Denise )
• Lernbezogene topographische Netzwerkaktivitätsmuster von auditorischen corticofugalen Neuronen (Antragsteller Hirtz, Jan Jasper )
• Modulation thalamokortikaler Schleifen im Menschen um deren Beitrag zur visuellen Wahrnehmung zu verstehen (Antragstellerinnen / Antragsteller Jaramillo, Jorge ;  Kaufmann, Elisabeth ;  Staudigl, Tobias ;  Zaehle, Ph.D., Tino )
• Periphere bis foveale kortiko-kollikuläre Verarbeitung visueller Informationen über Augenbewegungen hinweg (Antragsteller Hafed, Ph.D., Ziad )
• Rolle von kortikalen-subkortikalen Schleifen bei der Erkennung von Geruchsreizen sowie der Trennung von Vordergrund- und Hintergrunddüften (Antragsteller Rothermel, Markus ;  Schwarz, Martin )
• Zeitliche Dynamik des unüberwachten kontextuellen Lernens in kortiko-kollikulären Schleifen (Antragstellerin de Hoz, Ph.D., Livia )

• Sprecherin: Livia de Hoz, Ph.D.