Der Einfluss kartographischer Elemente auf neuronale Raumrepräsentationen

• Antragsteller: Professor Dr. Nikolai Axmacher; Professor Dr. Frank Dickmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Biologische Psychologie und Kognitive Neurowissenschaften ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512858302

Mit Hilfe eines innovativen interdisziplinären Forschungsansatzes aus Kartographie und Kognitiver Neurowissenschaft sollen grundlegende neue Erkenntnisse darüber erlangt werden, wie Menschen Informationen aus Karten verarbeiten und wie sich die Effizienz von Karten bzw. kartenbasierten Schnittstellen aufgrund von Erkenntnissen aus der Hirnforschung optimieren lässt. Karten liefern Informationen zur Orientierung, d.h. über die Position von Objekten im Raum (Landmarken), aber auch über die Distanzen und Winkel zwischen ihnen. Bis heute mangelt es jedoch noch an einem systematischen Verständnis darüber, wie solche kartographischen Komponenten auf kognitiver und neuronaler Ebene das Orientierungsvermögen beeinflussen. Ziel des interdisziplinären Projekts ist es zu klären, wie neuronale Aktivierungsmuster, die eine "räumliche Karte" im menschlichen medialen Temporallappen erzeugen, durch die Verwendung externer Kartenelemente realer Karten (cartographic cues) stabilisiert werden. Neurowissenschaftliche Erkenntnisse über Zelltypen, die eine wichtige Rolle für die neuronale Verarbeitung räumlicher Informationen (Orientierung) spielen, könnten einen neuen konzeptuellen und empirischen Rahmen für ein grundlegendes Verständnis der kartenbasierten Informationsverarbeitung bieten. Basierend auf aktuellen neurowissenschaftlicher Konzepten kann davon ausgegangen werden, dass die Identifizierung von Mechanismen, die zu einer Reaktion von räumlich spezifischen Gehirnzellen (Gitterzellen) auf kartographische Elemente führen, schließlich auch zur Verbesserung des Kartendesigns genutzt werden könnte. Kartographische Elemente könnten daher nicht nur einen Schlüssel zum Verständnis von Gitterzellenaktivitäten darstellen, sondern auch zur optimalen Beeinflussung von Gitterzellaktivitäten eingesetzt werden. Letzteres könnte dazu beitragen, die Orientierungs- bzw. Navigationsleistung beruhend auf Karten zu verbessern: Einzelne Kartenelemente oder zusätzliche grafische Strukturen könnten in einer Form eingefügt werden, die die Eigenschaften von Gitterzellen optimal nutzt. In dem Projekt soll eine Reihe von Verhaltens- und fMRT-Studien durchgeführt werden, die den Einfluss verschiedener kartographischer Elemente auf zentrale Navigationsleistungen systematisch untersuchen. Eine zentrale Hypothese dabei ist, dass verschiedene Arten geometrischer Symmetrien unterschiedliche Funktionen innerhalb der räumlichen Informationsverarbeitung übernehmen: Während orthogonale Linien und Grenzen Informationen zur Richtung liefern könnten, scheint die sich wiederholende dreieckige Aufteilung eines Areals durch die Achsen von Gitterzellen ideal geeignet zu sein, Informationen über Distanzen zu extrahieren. Mit diesem Vorhaben werden erstmals Voraussetzungen geschaffen, jüngste neurowissenschaftlichen Erkenntnisse über Gitterzellen in eine praktische Anwendung zu überführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen