Rolle des dorsomedialen Striatums und medialen präfrontalen Kortex bei adaptiver perzeptueller Entscheidungsfindung

• Antragsteller: Professor Dr. Maik C. Stüttgen
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543128862

Als "perzeptuelle Entscheidungsfindung" (perceptual decision-making) bezeichnet man allgemein die Nutzung von Sinneseindrücken als Handlungsbasis. Beispielsweise trifft ein Tier Entscheidungen darüber, was es frisst, auf der Basis seines visuellen und olfaktorischen Eindrucks. Diese Entscheidung hängt nicht nur von Sinneseindrücken ab, sondern auch von nicht-sensorischen Aspekten - z.B. davon, wie hungrig das Tier gerade ist. Bei großem Hunger könnte das Tier zum Beispiel das Risiko eingehen, dass sich eine Frucht als giftig erweist. Derartige Entscheidungssituationen können im Labor nachgestellt werden. Wir konfrontieren Ratten mit verschiedenen auditorischen Reizen; die Aufgabe der Tiere besteht darin, bei unterschiedlichen Reizen unterschiedliche Reaktionen zu zeigen. Korrekte Reaktionen werden mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit belohnt. Wie im natürlichen Umfeld der Tiere auch können sich Reiz-Reaktions-Kontingenzen verändern. So kann eine bestimmte Reaktion (der Besuch einer bekannten Nahrungsquelle) sich an einem Tag als ergiebig erweisen, an einem anderen Tag jedoch nicht. Im Labor stellen wir diese Situation nach, indem wir die Reiz-Reaktions-Kontingenzen verändern. Dies geschieht durch Manipulation der Belohnungswahrscheinlichkeiten für unterschiedliche Reaktionen. Hierauf reagieren die Tiere rasch und verlässlich mit einer Verhaltensänderung; je nach Situation gelingt es ihnen hierdurch, die Zahl der Belohnungen zu erhöhen oder sogar zu maximieren. Diese Anpassungsleistung wird als "adaptives Entscheidungsverhalten" (adaptive criterion setting) bezeichnet. In früheren Arbeiten haben wir mathematische Modelle dieses Verhaltens erarbeitet. Außerdem haben wir begonnen, Hirnareale zu untersuchen, die für adaptives Verhalten notwendig sind, darunter den medialen präfrontalen Kortex (mPFC). In diesem Versuchsvorhaben schlagen wir vor, die Rolle des dorsomedialen Striatums (DMS) bei adaptiver Entscheidungsfindung genauer zu beleuchten. Hierzu sollen drei Experimente durchgeführt werden. In Experiment 1 werden elektrophysiologische Einzelzellableitungen im DMS durchgeführt, um die neuronale Kodierung von Entscheidungsvariablen zu untersuchen. Diese Entscheidungsvariablen werden aus den Verhaltensdaten u.a. durch Reinforcement-Learning-Modelle gewonnen. In Experiment 2 wird das DMS optogenetisch zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Entscheidungsprozesses gehemmt, um so eine kausale Einbindung dieser Struktur sowie deren zeitliche Einordnung zu prüfen. In Experiment 3 schließlich soll mittels optogenetischer Hemmung der Projektionsfasern vom mPFC zum DMS untersucht werden, welche Entscheidungsvariablen über diese Bahn kommuniziert werden. Die Ergebnisse dieser Experimente können dann im Rahmen der o.g. mathematischen Modelle charakterisiert und interpretiert werden. Darüber hinaus werden die Ergebnisse tiefere Erkenntnisse zur Funktionsweise des Striatums liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Frank Jäkel