Mikrostrukturelle Entwicklung des Gehirns: Den Ursprüngen höherer menschliche Kognition auf der Spur

• Antragstellerin: Dr. Casey Paquola, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524408221

Der Fokus kognitiver Neurowissenschaften lag bislang darauf herauszufinden, welche Hirnregionen mit welchen kognitiven Zuständen verbunden sind. Dies lässt jedoch die Frage offen, wie bestimmte Hirnregionen Kognition ermöglichen. In diesem Projekt beabsichtige ich zu untersuchen, wie Mikrostruktur und Konnektivität von funktionellen Hirnnetzwerken zu Kognition beitragen und damit eine Grundlage für menschliche Intelligenz schaffen. Neuroanatomische Merkmale können in gesunden ausgewachsenen Gehirnen mit kognitiven Prozessen korreliert werden. Jedoch ist es schwierig, die zugrunde liegenden kausalen Zusammenhänge zu ermitteln. Aufgrund dessen verfolgen wir den Ansatz, zeitliche Abhängigkeiten zwischen Neuroanatomie und Kognition während der Kindheitsentwicklung zu nutzen. Während dieser Zeit gehen tiefgreifende Veränderungen der Gehirnstruktur und -funktion mit dem Erwerb kognitiver Fähigkeiten einher (z.B. Multitasking). Ziel dieses Projektes ist es herauszufinden, welche neuroanatomischen Eigenschaften für die Entstehung bestimmter kognitiver Fähigkeiten entscheidend sind. Mein Team und ich werden dabei die folgenden drei Forschungslinien vorantreiben: Erstens, wir wollen eine Lücke in der Literatur über die Entwicklung kortikaler Mikrostrukturen schließen. Bisherige Studien hierzu sind meist auf histologische, post-mortem Daten zur Quantifizierung angewiesen, deren verfügbare Stichprobengröße für den Menschen, insbesondere für Jugendliche, stark begrenzt ist. Basierend auf den jüngsten Fortschritten in der Magnetresonanztomographie (MRT) planen wir eine Pipeline zu entwickeln, die erlernte Korrelationen zwischen MRT und Histologie nutzt, um Unterschiede in der Mikrostruktur zu quantifizieren. Das Erreichen dieses Ziels versetzt uns in die Lage, große offene MRT-Datensätze zu verwenden und mikrostrukturelle Entwicklungen bei Säuglingen und Kindern zu verfolgen. Zweitens, wir planen individuelle Variationen in der mikrostrukturellen Neuroentwicklung zu untersuchen, um personen-spezifische Eigenschaften und Kognition zusammenzubringen. Insbesondere werden gezielte Psychosen untersucht und gezeigt, wie Anomalien in der mikrostrukturellen Neuroentwicklung einer kognitiven Störung vorausgehen können. Auf diese Weise wollen wir mögliche Abhängigkeiten zwischen der Entwicklung von Neuroanatomie und einer gesunden höheren Kognition aufzeigen. Schließlich modellieren wir neuronale Mechanismen, die zu Kognition beitragen. Hierzu wird die orchestrierte Aktivität von mikrostrukturell unterschiedlichen Hirnarealen charakterisiert. Insbesondere wollen wir jugendliche Kohorten nutzen, um zu zeigen, wie neuroanatomische Eigenschaften die Entstehung bestimmter kognitiver Fähigkeiten erklären können. Insgesamt trägt diese Arbeit dazu bei, die anatomischen Bausteine von kognitiven Prozessen zu bestimmen, und Einblicke in die Implementierung menschlicher Intelligenz zu gewinnen, insbesondere bei Störung im Krankheitsfall.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Kanada
• Kooperationspartner: Professor Dr. Boris Bernhardt, Ph.D.