Rhythmische Bausteine menschlicher Aufmerksamkeit: Wie Netzwerkoszillationen zwischen Wahrnehmung und Handeln vermitteln

• Antragsteller: Randolph Helfrich, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438570551

Aufmerksamkeit ist eine grundlegende kognitive Fähigkeit, die gebraucht wird um verhaltensrelevante sensorische Eindrücke selektiv zu verstärken. Bisher wurde angenommen, dass es sich bei Aufmerksamkeit um einen konstanten Prozess handelt, welcher so lange auf einen Eindruck fokussiert bleibt wie nötig. Allerdings ist unklar wie das menschliche Gehirn diese Konstanz erreichen soll, wenn seine zugrundeliegende Aktivität von sich ständig verändernden rhythmischen Mustern, auch neuronale Oszillationen genannt, geprägt ist. In den letzten Jahren zeigten mehrere Studien, dass sowohl unsere visuelle Aufmerksamkeit als auch unser Verhalten im gleichen Rhythmus wie die zugrunde liegende neuronale Oszillation variiert. Diese Ergebnisse legen nahe, dass es sich bei Aufmerksamkeit um einen rhythmischen und nicht ausschließlich kontinuierlichen Prozess handelt, bei dem bestimmte Phasen oszillatorischer Gehirnaktivität kurze Zeitfenster bieten, in denen entweder die Verarbeitung eines Sinneseindruckes oder eine zielgerichtete Bewegung möglich ist. Bisher sind die strukturellen und funktionellen Grundlagen dieser Aufmerksamkeitsfluktuationen unzureichend verstanden. Weiterhin ist unklar, ob Aufmerksamkeit neuronale Oszillationen nutzt um Wahrnehmung und Bewegung aufeinander abzustimmen und ob dies einen generellen Mechanismus darstellt wie erworbenes Wissen für nachfolgende Wahrnehmungs- und Handlungsvorgänge zur Verfügung gestellt wird. Im vorliegenden Projekt möchte ich diesen Fragen nachgehen indem ich genaue Verhaltenstestungen mit sowohl korrelativen als auch kausalen Methoden kombiniere. Zusätzlich zu nicht invasiven Magnetenzephalografie bei gesunden Probanden, werde ich intrakranielle Ableitungen nutzen, welche zur Anfallslokalisation bei therapie-refraktärer Epilepsie eingesetzt werden. Diese Methode bietet die notwendige räumliche und zeitliche Auflösung um die zugrunde liegende Physiologie von Aufmerksamkeitsprozessen besser zu verstehen. Um kausale Rückschlüsse auf strukturelle und funktionelle Korrelate zu ermöglichen, plane ich sowohl Schlaganfallpatienten mit umschriebenen Läsionen zu untersuchen als auch direkte elektrische Hirnstimulation einzusetzen. Projekt 1 möchte die zugrundeliegenden anatomischen Strukturen und die funktionellen Mechanismen von rhythmischen Aufmerksamkeitsfluktuationen identifizieren. Projekt 2 untersucht, ob Hirnrhythmen als zentraler Taktgeber und damit als verbindendes Element zwischen Wahrnehmung und Bewegung fungieren. Zudem wird Projekt 3 prüfen, wie neuronale Oszillationen vorheriges Wissen für diesen Prozess zur Verfügung stellen. In seiner Gesamtheit untersucht dieses Projekt, wie rhythmische Gehirnaktivität Einflüsse von Aufmerksamkeit auf Wahrnehmung und zielgerichtetes Verhalten vermittelt. Die Ergebnisse aus diesem Projekt werden detaillierte Informationen bieten wie Aufmerksamkeit auf dem Netzwerklevel implementiert wird und beleuchten, welche Rolle sie für flexibles menschliches Verhalten spielt.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen