Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

 
 
 
 
 
 
 
 

Forschungsprojekte

Auf dieser Seite werden Forschungsvorhaben beschrieben, die aktuell in der Abteilung bearbeitet werden. Eine detailierte Liste aktueller und abgeschlossener Projekte findet sich hier.

Die Spur der Schablone: Untersuchungen zur Repräsentation perzeptueller Relevanz (ORAplus, DFG)

Adaptive Wahrnehmung setzt die Priorisierung relevanter Information voraus. Wenn wir nach einem bestimmten Buch suchen, von dem wir nur die Farbe des Umschlags erinnern, dann können wir die Suche auf diese Farbe eingrenzen. Die dazugehörige mentale Repräsentation wird Aufmerksamkeitsschablone genannt. Die Aufmerksamkeitsschablone ist eine flexible Repräsentation, die die aktuellen Suchpräferenzen wiederspiegelt, die sich aus ständig wechselnden Aufgabenanforderungen und früheren Selektionen ergeben. Obwohl Aufmerksamkeitsschablonen große Bedeutung für die Herausbildung von Wahrnehmungs- und Handlungsprozessen im täglichen Leben haben, so wissen wir doch erstaunlich wenig über ihre Natur. Wenn Sie etwa nach Ihrem Autoschlüssel suchen, suchen Sie dann nach der Form oder Farbe des Schlüssels oder nach beidem? Wenn letzteres zutrifft, sind Form und Farbe integriert oder unabhängig repräsentiert? Können Sie gleichzeitig nach Ihrer Brieftasche suchen, ohne die "Schlüssel"-Repräsentation zu verändern? Es wird oft angenommen, dass visuelle Aufmerksamkeit von visuellen Schablonen gesteuert wird, aber es ist gut möglich, dass nicht-visuelle, etwa semantische, Repräsentationen auch beteiligt sind. Schließlich mag sich eine Suchschablone im Laufe des Lernens verändern, als Ergebnis früherer Auswahlprozesse. Das Ziel unseres gemeinsamen Forschungsantrags ist es, die fundamentale Frage nach der Art der Repräsentation der Aufmerksamkeitsschablone zu beantworten, sowohl im Hinblick auf ihre Funktion (Wie sie unser Verhalten beeinflusst), ihre Physiologie (Wie sie im Gehirn repräsentiert ist) und ihre zeitliche Entwicklung (Wie sie durch die Lerngeschichte beeinflusst wird). Wie wir flexibel neue Aufmerksamkeitspräferenzen setzen, bleibt eines der großen Geheimnisse der Kognitiven Neurowissenschaft. Die Bezugnahme auf Schablonen hat häufig etwas von einem Rückgriff auf einen Homunculus. Wir wollen diesen Homunculus möglichst überflüssig machen und durch ein Verständnis der Natur der Schablone ersetzen. Um die Natur von Aufmerksamkeitsschablonen zu erhellen, haben wir bereits in anderen Projekten Fragen wie die Anzahl gleichzeitig verfügbarer Aufmerksamkeitsschablonen, die zeitlichen Abläufe ihrer Kontrolle und den Einfluss verschiedener Gedächtnissysteme untersucht. Im vorliegenden Gemeinschaftsprojekt fokussieren wir auf die fundamentale Frage der Repräsentation: Was ist die Natur der Aufmerksamkeitsschablone? Was für Präferenzen enthält sie, wie ändern sich diese Präferenzen aufgrund von Erfahrung und welche neuronalen Codes liegen der Schablone zugrunde? Ein gründliches Verständnis der repräsentationalen Eigenschaften von Aufmerksamkeitsschablonen ist ein großer Schritt auf dem Weg zu einem neurokognitiven Modell der Aufmerksamkeit, das schließlich den Homunculus durch eine wissenschaftliche Theorie zielgerichteter Wahrnehmung und Handlung ersetzt.

Profitiert multivariate Musteranalyse von fMRT-Daten mit hoher Auflösung und Sensitivität bei hoher Magnetfeldstärke (7T)? (DFG)

Multivariate Musteranalysen (MVPA) funktionell-magnetresonanztomographischer Daten haben in letzter Zeit große Verbreitung in den Neurowissenschaften gefunden. Mit MVPA ist die Hoffnung verbunden, räumlich hochaufgelöste Information über Hirnfunktionen zu erhalten. In letzter Zeit wurden jedoch kontroverse Ergebnisse publiziert über den Informationsgehalt von fMRT-Signalen unterschiedlicher Auflösung und deren Beiträge zur Klassifikation von Wahrnehmungsinhalten mittels MVPA. Im vorliegenden Projekt wollen wir systematisch untersuchen, inwieweit die höhere räumliche Auflösung und Sensitivität, die durch hohe Magnetfeldstärke ermöglicht wird, zu einer Verbesserung der Klassifikation von Aktivierungsmustern beitragen. Dazu variieren wir die Feldstärke (3T und 7T), vergleichen verschiedene räumliche Auflösungen miteinander, analysieren den Einfluss der Sensitivität und untersuchen diese Faktoren unter Stimulationsbedingungen, die Unterschiede im neuronalen Erregungsmuster im Submillimeter- bzw. Millimeterbereich hervorrufen. Ziel der Untersuchungen ist die bessere Charakterisierung der Einflussfaktoren auf multivariate Musteranalysen und, damit verbunden, die Optimierung künftiger MVPA-Designs bzgl. Aufnahme und Auswertung.

Die Rolle des posterioren Parietalcortex bei trans- und intradimensionalen Merkmalsverknüpfungen - multivariate Aktivationsmusteranalysen von Hochfeld (7T)-fMRT-Daten (DFG)

Die Verknüpfung von Merkmalen zu Objekten ist ein klassisches Thema der visuellen Neurowissenschaften. Belege für eine Involvierung des posterioren Parietalcortex kommen in erster Linie aus Läsionsstudien, während Bildgebungsexperimente bisher uneindeutig blieben. Während frühere funktionelle Magnetresonanzstudien (fMRT) die visuelle Suche nach Merkmalsverknüpfungen mit einfacher Merkmalssuche verglichen, möchten wir einen alternativen Weg gehen. In der Verknüpfung von hochauflösender fMRT und multivariaten Analysemethoden planen wir, durch Merkmals- oder Konjunktionsänderungen hervorgerufene Aktivationsmuster direkt zu vergleichen, um über Ihre Unähnlichkeit Schlüsse auf die Repräsentation von Merkmalsverknüpfungen im posterioren Parietalcortex zu ziehen. Ein besonderes Augenmerk soll dabei auf die Repräsentation von Merkmalsverknüpfungen zwischen visuellen Dimensionen (wie Orientierung und Farbe) und innerhalb einer Dimension gelegt werden, weil die genannten Läsionsstudien erste Hinweise darauf geben, dass der posteriore Parietalcortex insbesondere in die Verarbeitung von transdimensionalen Merkmalsverknüpfungen involviert sein könnte.

Visuelles Lernen und Aufmerksamkeitssteuerung bei Patienten mit Makuladegeneration (DFG)

Schädigungen der Retina im Bereich der Macula berauben die Patienten der Stelle des schärfsten Sehens. Sie müssen lernen, nur mit peripheren Anteilen der Netzhaut zu sehen. Da die Rezeptordichte in der Peripherie der Retina geringer ist, bedeutet dies, auf Sehschärfe zu verzichten. Im vorliegenden Projekt möchten wir untersuchen, inwieweit dies auch Einschränkungen der visuellen Aufmerksamkeit und des visuellen Gedächtnisses nach sich zieht. Aus Untersuchungen an normal sehenden Probanden ist bekannt, dass die visuelle Aufmerksamkeit eng an die Exploration der Umwelt mittels Blickbewegungen gekoppelt ist. Wenn diese Exploration nun dadurch beeinträchtigt ist, dass die Macula zur Fixation nicht mehr zur Verfügung steht, so könnte dies auch Defizite in der attentionalen Selektion von Merkmalen und Objekten unserer Umwelt haben. Da die attentionale Selektion von Objekten eine Voraussetzung für ihre spätere Abrufbarkeit aus dem Langzeitgedächtnis ist, könnten Maculopathien auch Beeinträchtigungen des visuellen Langzeitgedächtnisses zur Folge haben.

Diese Zusammenhänge möchten wir mit aufeinander abgestimmten Experimenten an Patienten mit Maculopathien untersuchen, wobei sowohl Such- und Erinnerungsleistung, Blickbewegungen wie auch hirnlokale Änderungen der Sauerstoffversorgung gemessen werden sollen. Patientendaten werden verglichen mit dem Verhalten normalsichtiger Probanden, bei denen Skotome mittels blickkontingenter Präsentation simuliert werden.

Neuronale Korrelate impliziter Aufmerksamkeitssteuerung (DFG)

Aufmerksamkeit kann implizit, durch Regelhaftigkeiten in der Außenwelt, gesteuert werden. Diese müssen dabei gar nicht bewusst wahrgenommen werden. Solche Regelhaftigkeiten zu entdecken, ermöglicht uns eine effizientere visuelle Suche. Ein experimentelles Paradigma, in dem sich eine solche implizite Aufmerksamkeitssteuerung zeigt, ist das kontextuelle Cueing-Paradigma (Chun & Jiang, 1998), welches auf inzidentellem Lernen der räumlichen Anordnung von Items in einem Suchdisplay beruht. Kontextuelles Cueing ist verhaltensseitig gut untersucht. Weniger bekannt ist hingegen die neuronale Basis diese Effekts. Einzig die Beteiligung medial temporaler Strukturen wird, mit zunehmender Evidenz, diskutiert (Chun & Phelps, 1999; Manns & Squire, 2001; Greene et al. 2007; Preston & Gabrieli, 2008). Die in der ersten Förderperiode durchgeführten Experimente hatten drei Schwerpunkte. Zum einen sollte untersucht werden, welche Prozesse und kortikale Strukturen das inzidentelle Lernen wiederholter räumlicher Anordnungen in der visuellen Suche unterstützen. Zweitens sollte die neuronale Basis des inzidentellen Lernens selbst von den neuronalen Korrelaten der Expression des Lernens abgegrenzt werden. Drittens sollte untersucht werden, welche neuronalen Strukturen auf Änderungen der räumlichen Regelhaftigkeiten reagieren, um eine Neuausrichtung der Aufmerksamkeit zu ermöglichen.

In der jetzt beantragten zweiten Förderperiode soll zum einen das Zusammenspiel zwischen dem anterioren Präfrontalcortex und posterioren Arealen des Aufmerksamkeitsnetzwerks untersucht werden. Zum anderen soll der Einsatz von Arbeitsgedächtnisressourcen beim impliziten Lernen und/oder dem, ebenfalls impliziten, Abruf des Erlernten untersucht werden, inclusive der neuronalen Strukturen, die diesen Prozessen zugrunde liegen.

Neuronale Repräsentation von motivationalem Wert und Kontext beim expliziten und impliziten Lernen  (SFB779, Projekt 4)

In diesem Projekt möchten wir das Zusammenspiel von ventralem Striatum und medialem Temporallappen bei komplexen visuellen Lernprozessen untersuchen. Ausgehend von tierexperimentellen Befunden möchten wir mittels funktioneller Bildgebung untersuchen, wie diese Strukturen bei der Repräsentation von Belohnungserwartung und Vorhersagefehler in räumlichen sowie zeitlichen Kontexten zusammenwirken. Aufbauend auf unseren Vorarbeiten fassen wir diese Begriffe soweit, dass sie auch Reaktionen auf externe Rückmeldungen über die Korrektheit der Aufgabenerwartung einer­seits sowie die Bestätigung oder Verletzung implizit gelernter Kontingenzen umfassen. Dazu möchten wir eine Serie von Experimenten mittels hochaufgelöster funktioneller Magnetresonanztomographie durchführen und diese mit einer quantitativen Modellierung verknüpfen. In Anlehnung an tierexperimentelle Befunde pla­nen wir zunächst die Untersuchung eines expliziten Kontextkonditionierungsparadigmas, in dem die Reprä­sentation von motivationalem Wert einer Handlungsalternative und Kontext analysiert wird. Aufbauend auf diesen Befunden möchten wir dann zur Untersuchung impliziter Lernprozesse fortschreiten. Hierzu planen wir, einerseits das Kontextuelle Cueing-Paradigma und andererseits das Serielle Reaktionszeit-Paradigma zu nutzen.

 

 

Letzte Änderung: 05.09.2017 - Ansprechpartner: Webmaster