Vergleich der grundlegenden Objekterkennungsfähigkeiten von Vögeln mit Nagetieren und Primaten

• Antragsteller: Dr. Jonas Rose
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533395153

Das visuelle System von Primaten kann Objekte auch wenn sich diese visuell stark verändern (z. B. Größe, Position, Beleuchtung usw.) erkennen. Diese Fähigkeit wird als invariante Objekterkennung bezeichnet und ist die Grundlage für viele visuelle Prozesse in Kognition und Gedächtnis. Trotz der Bedeutung der invarianten Objekterkennung für das Sehen sind ihre komputationalen Prinzipien nach wie vor kaum verstanden. Primaten waren hier traditionell das Tiermodell der Wahl, und alle getesteten Arten zeigen hohe Leistung, die sich auf den inferioren temporalen Kortex zurückführen lässt. In jüngerer Zeit wurde gezeigt, dass auch Nagetiere zur Objektinvarianz fähig sind, allerdings auf einem niedrigeren Niveau, das den visuellen Bereichen mittlerer Ebene von Primaten entspricht (V4). Eine ungelöste Frage ist, ob Vögel – die wie Primaten über hochentwickeltes Sehvermögen und visuelle Systeme verfügen – auch zur invarianten Objekterkennung fähig sind, obwohl sie eine ganz andere neuronale Architektur als das Säugerhirn zeigen. In dem geplanten Projekt möchten wir die Leistung von Tauben und Dohlen bei denselben Objektinvarianzaufgaben vergleichen, die schon mit Primaten und Nagetieren verwendet wurden. Rabenvögel verfügen wie Primaten über hohe kognitive Fähigkeiten – etwa Gesichtserkennung, Werkzeuggebrauch usw. – und haben im Vergleich zu weniger kognitiv fortgeschrittenen Vögeln wie Tauben ein stark erweitertes Endhirn. Wir werden zum ersten Mal untersuchen, ob das Dohlengehirn in der Lage ist, Objektinvarianz auf der Ebene des unteren Temporalkortex von Primaten zu realisieren. Indem wir die Leistung von Vögeln bei vergleichbaren Objektinvarianzaufgaben vergleichen, werden wir untersuchen, welche universellen und wesentlichen Berechnungen die Objektinvarianz zwischen Gehirnen mit sehr unterschiedlichen Architekturen realisieren. Diese Untersuchungen gliedern sich in drei Phasen. Zunächst werden wir Tauben und Dohlen mit einer einfachen Objektunterscheidungsaufgabe trainieren, um zu testen, ob ihr visuelles System mit relativ einfachen Objekttransformationen zurechtkommt. Zweitens werden wir Tauben und Dohlen mit einer komplexen Objektunterscheidungsaufgabe trainieren, um festzustellen, ob das Vogelgehirn mit komplexen Transformationen von Objekten in komplexen Hintergründen zurechtkommt. Dabei wird die Obergrenze der Formkomplexität aufgezeigt, die Tauben und Dohlen aus Bildern berechnen können. Schließlich werden wir lokale Feldpotentiale und Einzelzelldaten in verschieden Stufen des visuellen Systems von Tauben und Dohlen erheben. Die letzte Phase ermöglicht es uns zu bestimmen, wie die nukleäre Architektur des Vogels die physische Struktur von Objekten darstellt. Diese Untersuchungen – in Zusammenarbeit mit dem Issa-Labor der Columbia University – werden die komputationalen Grundlagen invarianten Objekterkennung aufdecken.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2205: Evolutionäre Optimierung neuronaler Systeme
• Mitverantwortlich: Dr. William Clark, Ph.D.