Sinnesrennen zwischen motorisch gesteuerten Hirnregionen zur Koordinierung der Reaktion auf die Außenwelt

• Antragsteller: Professor Ziad Hafed, Ph.D., seit 4/2022
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457750211

Die Interaktion mit der Umgebung erfordert ein feines Gleichgewicht zwischen der Verfolgung interner Ziele und der Aufrechterhaltung der Sensibilität gegenüber externen Ereignissen. Seit den 1980iger Jahren liegt das Hauptaugenmerk in den kognitiven Neurowissenschaften darauf, zu untersuchen, wie das Gehirn als Reaktion auf ein externes Ereignis das geeignete Verhalten auswählt. Daher wurden als primärer experimenteller Ansatz hochgradig kontrollierte “Trials" durchgeführt, in denen die Reaktion auf spezifische sensorische Ereignisse gemessen wird. Unabhängig davon, wie gut kontrolliert experimentelle Ereignisse innerhalb eines Versuchs sind, kommt der Versuchsbeginn selbst notwendigerweise asynchron zum laufenden internen Gehirnzustand. Dadurch entsteht eine sogenannte "Race Condition" zwischen der Verarbeitung der neuen externen Informationen und dem Abschluss der internen Pläne. Im vorliegenden Forschungsvorschlag werden wir diese "Race Condition" in der visuellen Modalität durch Augenbewegungen untersuchen. Wir argumentieren, dass, bevor eine orientierende Augenbewegungsreaktion auf die Außenwelt erfolgen kann, zunächst eine Unterbrechung der internen laufenden Prozesse stattfinden muss. Wir werden die neurophysiologischen Grundlagen untersuchen, die einem frühen und automatischen Unterbrechungsprozess zugrunde liegen, der durch exogene Ereignisse verursacht wird. Unsere Haupthypothese ist, dass die Ausstattung von Neuronen am Rande des motorischen Kontrollsystems mit früher visueller Sensibilität dabei helfen könnte, die Entscheidung zu koordinieren, ob man sich am äußeren Reiz orientiert oder ob man zuerst eine bereits geplante Bewegung vollständig ausführt. Zu diesem Zweck werden wir die “Omnipause-Neuronen” (OPNs) im tiefen Hirnstamm untersuchen, die Augenbewegungen zulassen, wenn sie ihre Aktivität pausieren. Wir werden zeigen, dass OPNs ein umfangreiches und faszinierendes Repertoire an visuellen Reaktionen aufweisen. Ihre hemmenden Eigenschaften zusammen mit ihrer visuellen Sensibilität machen sie zum perfekten Kandidaten, um die Unterbrechung des laufenden okulomotorischen Verhaltens bei einer Reaktion auf exogene Stimuli zu unterstützen. Auf der anderen Seite unterstützen sensorische Eigenschaften in einer Nachbarstruktur, dem Superior Colliculus (SC), das Orientierungsverhalten. Der transformative Aspekt dieser Studie besteht darin, dass traditionelle Interpretationen der funktionalen Rollen der motorischen Kontrollstrukturen im unteren Hirnstamm stark umgestaltet werden. Darüber hinaus kann das hier untersuchte Konzept der Unterbrechung eine Vielzahl neurophysiologischer Beobachtungen klären, die sich nicht nur auf die okulomotorischen Kontrollschaltkreise, sondern auch auf kognitive und Wahrnehmungsprozesse beziehen und eine tiefere Erklärung einiger der klassischsten kognitiven Befunde der Aufmerksamkeitsliteratur sowie Befunde im Zusammenhang mit Entscheidungsprozessen liefern, die der offenen Orientierung zugrunde liegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Antimo Buonocore, Ph.D., bis 3/2022