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Projekt
Netzwerkdynamiken und computationale Mechanismen des Regellernens II
Antragsteller
Dr. Florian Bähner; Professor Dr. Daniel Durstewitz; Dr. Thomas Theodor Gerd Hahn; Professor Dr. Wolfgang Kelsch
Fachliche Zuordnung
Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
Förderung
Förderung von 2013 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237823417
Lernvorgänge bei Tieren werden häufig als eher langsame, graduelle Prozesse angesehen, die in der inkrementellen Stärkung assoziativer Verbindungen zwischen Stimuli, Reaktionen und Rückmeldungen aus der Umwelt bestehen, eine Sichtweise die zum Teil noch auf dem Behaviorismus und der Konzeption von Lernvorgängen in künstlichen neuronalen Netzen fußt. Basierend auf genauen statistischen Analysen individueller Lernvorgänge und Beobachtungen zu plötzlichen Sprüngen zwischen Regel-repräsentierenden neuronalen Populationszuständen im präfrontalen Kortex (PFC) etabliert sich in den letzten Jahren aber zunehmend die Sichtweise vom Lernen als aktivem Inferenz- und Entscheidungsprozess, selbst bei scheinbar einfachen Konditionierungsparadigmen.In der letzten Antragsperiode hatten wir uns zunächst widersprüchlichen Hypothesen zur genauen computationalen Interpretation dieser neuronalen Populationssprünge im PFC, sowie der Rolle des dopaminergen Systems bei diesen Prozessen, gewidmet und zu diesem Zwecke eine neue, probabilistische Variante unserer Regellernaufgabe konzipiert. Vorläufige Ergebnisse daraus legen nahe, dass die beobachteten neuronalen Sprünge eher mit Wechseln im Entscheidungskriterium einhergehen als z.B. mit Unsicherheit, und dass auch eher dieses durch das dopaminerge System beeinflusst wird. Im vorliegenden Antrag wollen wir basierend auf diesen und anderen Beobachtungen drei weitergehende Fragestellungen mithilfe einer Kombination aus in-vivo Multizellableitungen, optogenetischen Manipulationen und fortgeschrittenen Zeitreihen- und auf computationalen Modellen basierenden statistischen Analysemethoden untersuchen:1) Wie genau sind neuronale Zellverbände im PFC und im Dopaminmittelhirnsystem während des Regellernens zeitlich koordiniert und welche Einflüsse hat Dopamin im Einzelnen auf verschiedene involvierte computationale Teilprozesse (so wie z.B. Werteinferenz oder Antwortselektion);2) können von uns postulierte Modelle der zugrundeliegenden neuro-dynamischen Mechanismen die in verschiedenen PFC-Arealen beobachteten Aktivitätsmuster unter unterschiedlichen experimentellen Bedingungen prädizieren und erklären;3) lassen sich bestimmte, mit einfacheren Modellen nur schwer erklärbare Verhaltensbeobachtungen in diesem Kontext durch Modelle des Strukturlernens und der aktiven Informationssuche erfassen, und wie sind diese höheren Prozesse neuronal realisiert?Zentraler Gedanke unseres Projektes ist damit weiterhin, Regellernen als aktiven Inferenzprozess in seinen neurophysiologischen, neuro-dynamischen und neuro-computationalen Grundlagen zu verstehen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
