Untersuchung präfrontaler Einflüsse auf die Entstehung kategorialer visueller Repräsentationen

• Antragsteller: Professor Daniel Kaiser, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518483074

Um unsere visuelle Umwelt zu verstehen, gruppiert unser Gehirn eine große Anzahl von möglichen Reizmustern in eine relativ kleine Zahl von bedeutungsvollen Kategorien wie beispielsweise Szenen oder Gesichter. Lange Zeit wurde davon ausgegangen, dass solche kategorialen Repräsentationen ausschließlich aus vorwärts fließender („bottom-up“) Information im Gehirn entstehen. Es wird in neuerer Forschung aber zunehmend klar, dass kategoriale Repräsentationen im visuellen Kortex durch rückwärts fließende („top-down“) Information aus anderen Gehirnregionen, wie dem präfrontalen Kortex (prefrontal cortex, PFC), beeinflusst werden. Der Einfluss des PFC auf visuelle Verarbeitung wirft die Frage auf, zu welchem Grad top-down Kontrolle durch den PFC nötig ist, damit kategoriale visuelle Repräsentationen entstehen. Um diese Frage zu beantworten, wird dieses Projekt kategoriale visuelle Repräsentationen unter Bedingungen untersuchen, in denen top-down Kontrolle durch den PFC gehemmt wird. Dies wird durch repetitive transkranielle Magnetstimulation (TMS) erzielt, durch welche PFC-Aktivierung in gesunden Probanden für bis zu 30 Minuten gestört werden kann. Während dieser Zeit werden wir kategoriale visuelle Repräsentationen in einem multi-modalen Ansatz untersuchen. Indem wir fMRT- und EEG-Aufnahmen analysieren, werden wir genau eingrenzen wo und wann im Gehirn kategoriale Repräsentationen bei normaler Verarbeitung oder bei gestörter top-down Kontrolle durch den PFC entstehen. Durch einen Vergleich dieser Aufnahmen mit computationalen Modellen der bottom-up Verarbeitung werden wir quantifizieren in welchem Ausmaß präfrontale Kontrolle visuelle bottom-up Verarbeitung dominiert. In Verhaltensexperimenten zur visuellen Kategorisierung werden wir schließlich ein „dual-site“ TMS-Design nutzen, um gleichzeitig visuelle Gehirnareale und den PFC zu hemmen. Diese Experimente werden kausal zeigen, wie bottom-up Verarbeitung mit top-down Information von PFC konvergiert, um die kategorialen Repräsentationen zu formen, welche unser Verhalten bestimmen. Unser Projekt wird ein umfassendes und kausales Verständnis davon schaffen, wie der PFC kategoriale visuelle Verarbeitung auf mehreren Ebenen (neuronal, computational und behavioral) beeinflusst. Die in diesem Projekt erzielten Fortschritte haben das Potenzial zur Entwicklung besserer Modelle der kortikalen Kommunikation beizutragen. Darüber hinaus können Sie neue Forschung zu den Konsequenzen von Störungen in der top-down Verarbeitung anregen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Dr. David Pitcher