Wie wird Berührung im menschlichen Gehirn repräsentiert?

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Jonas Bause; Professorin Esther Kühn, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528318902

Unser Berührungssinn ist essentiell für die Koordination von Bewegung und Körperhaltung, um Objekte zu identifizieren, eine Beziehung zu unserem Körper und uns selbst aufzubauen und Emotionen zu verarbeiten. Trotz dieser Wichtigkeit des Berührungssinns für unser alltägliches Leben wissen wir erstaunlich wenig darüber, wie Berührung im Gehirn repräsentiert wird. Wir wissen, dass es somatotopisch organisierte Körperkarten im primären somatosensorischen Kortex (S1) des Menschen gibt, wo etwa einzelne Finger repräsentiert sind; dennoch haben wir kaum Einsicht in die feinkörnige Architektur dieser Karten. Eigenschaften von 2D rezeptiven Feldern auf der Ebene neuronaler Populationsantworten können mit Hilfe von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) und der Modellierung von sogenannten 'population receptive fields' (pRFs) beschrieben werden. Dieser Ansatz, verbreitet in der Analyse visueller Daten, wurde bisher noch nicht systematisch auf den Berührungssinn übertragen, obwohl dieses Wissen notwendig ist um - über verschiedene Kontexte hinweg - zu verstehen, was ein Individuum fühlt basierend auf S1 fMRT-Aktivität. In dem Projekt 'HumanTouch' werden wir die Methode der 2D pRF Modellierung von fMRT-Daten, gemessen an einem humanen 9,4T MRT die höchste Feldstärke, die für solche Messungen in Deutschland zur Verfügung steht - unter Verwendung von neuem Stimulationsequipment und Methoden des 'precision neuroscience' verwenden um (i) die feinkörnigen Eigenschaften taktiler pRFs im humanen S1 erstmals zu beschreiben, (ii) sie zwischen verschiedenen Körperteilen zu vergleichen, und (iii) sie für die Vorhersage von funktionellen Aktivitäten basierend auf neuem sensorischem Input zu verwenden ('model-based brain decoder'). In dieser Weise wird 'HumanTouch' die Entwicklung eines vertieften Verständnisses der neuronalen Populationsantwort erlauben, die der taktilen Wahrnehmung unserer Umgebung zu Grunde liegt, beispielsweise der Wahrnehmung von Distanz, Form, Größe, Material, und ganzen Objekten. Neben wissenschaftlichen Erkenntnissen werden wir im Zuge des Projektes 'HumanTouch' eine neue Toolbox für die Modellierung von taktilen pRF Daten entwickeln, SamSrf-Touch, und werden diese sowie die hochaufgelösten Datensätze frei öffentlich zugänglich machen um Transparenz, Replikabilität und Datenwiederverwendung zu fördern. Insbesondere durch das gesteigerte Interesse, das Gefühl der Berührung virtuell zu simulieren und bei Krankheiten oder Dysfunktionen zu modellieren, ist das Projekt 'HumanTouch' zeitgemäß und relevant nicht nur für die Wissenschaft sondern auch für die breite Öffentlichkeit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Neuseeland
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sam Schwarzkopf