DFG-Projekt: Vestibulär-visuell-propriozeptive zerebrale Netzwerke der Eigenbewegungswahrnehmung: Kritische Untersuchungen zur Theorie der zwei Pfade
Projekttitel:
Vestibulär-visuell-propriozeptive zerebrale Netzwerke der Eigenbewegungswahrnehmung: Kritische Untersuchungen zur Theorie der zwei Pfade
Projektleiter:
Prof. Dr. Mark W. Greenlee und Prof. Dr. Anton L. Beer
Projektmitarbeiter:
Maximilian Back
Projektdauer:
01.11.2024 - 31.10.2027
Beschreibung:
Eigenbewegungswahrnehmung bezeichnet die Fähigkeit die Bewegungen des Kopfes oder des Körpers einschätzen zu können. Bei Menschen (und Tieren) ist es eines der wichtigsten Wahrnehmungssysteme ohne dem eine effektive Navigation im Raum nicht möglich wäre. Bei der Eigenbewegungswahrnehmung werden vestibuläre, visuelle und propriozeptive Signale integriert. Bisherige Forschung hat gezeigt, dass die Eigenbewegungswahrnehmung auf einem relativ großen Netzwerk von kortikalen und subkortikalen Gehirnregionen, die miteinander interagieren, basiert. Vor kurzem propagierten mehrere Theorien, vorwiegend basierend auf tierexperimentellen Studien, dass diese verteilten Gehirnregionen wahrscheinlich entlang von zwei medullo-kortikalen Pfaden organisiert sind: Der posterolaterale Pfad projiziert von den vestibulären Nuclei (VN) über den ventralen posterolateralen (VPL) Nucleus des Thalamus zu Arealen im lateralen Kortex und der anteromediale Pfad projiziert von den VN über anteriore thalamische Regionen zum medialen Kortex. In den letzten Jahren beschrieben mehrere Forschungsgruppen (inklusive der Gruppe dieses Forschungsprojekts) erfolgreich die Knoten und Interaktionen des posterolateralen Netzwerks sowohl im Tiermodell als auch bei Menschen. Im Gegensatz dazu ist das anteromedial Netzwerk immer noch relativ wenig untersucht. Sogar einige relevante Gehirnregionen (z.B. der vestibuläre pericallosale Sulcus) dieses Netzwerks wurden erst kürzlich identifiziert. Deshalb beabsichtigt dieses Forschungsprojekt durch bildgebende Verfahren das anteromediale System der Eigenbewegungswahrnehmung zu untersuchen und mit dem posterolateralen System zu vergleichen. Basierend auf bisherigen Forschungsergebnissen vermuten wir, dass das anteromediale System primär bei der räumlichen Navigation, Richtungswahrnehmung und der Eigenbewegungssteuerung involviert ist. Wir erwarten weiterhin, dass die Aktivität innerhalb dieses Netzwerks stark durch propriozeptive Signale (z.B. der Nackenmuskulatur) beeinflusst wird. Wir erwarten, dass dieses System besonders vulnerabel für Alterungsprozesse ist, die mit subklinischen vestibulär-visuellen Beeinträchtigungen einhergehen. Auf der anderen Seite vermuten wird, dass es weniger als das posterolaterale System bei Bewegungskrankheiten involviert ist. Dieses Forschungsprojekt baut auf unserer früheren Arbeit auf, bei der wichtige Erkenntnisse zu den neuronalen Grundlagen der Eigenbewegungswahrnehmung bei Menschen gewonnen wurden. Es wird darüber hinaus unser derzeitiges Wissen erweitern in dem es die Dissoziation von zwei kortikalen vestibulär-visuellen Pfaden untersucht.
Relevante Verweise:
DFG-Projekt: Die neuronale Grundlage des perzeptuellen Filling-in
Filling-in ist die Wahrnehmungstendenz eines Beobachters, ein kontinuierliches visuelles Muster wahrzunehmen, selbst wenn dieses durch einen kleinen „leeren“ Bereich unterbrochen ist. Filling-in tritt am blinden Fleck auf, aber auch in skotomatösen Regionen bei Patienten mit Erkrankungen der Sehbahnen.
Projekttitel:
Die neuronale Grundlage des perzeptuellen Filling-in
Projektleiter:
Dr. Mark W. Greenlee in Kooperation mit Prof. Dr. Chien-Chung Chen (NTU Taipei)
Projektmitarbeiter:
Dr. Yih-Shiuan Lin
Projektdauer:
01.07.2022 – 30.06.2025
Beschreibung:
Filling-in ist die Wahrnehmungstendenz eines Beobachters, ein kontinuierliches visuelles Muster wahrzunehmen, selbst wenn dieses durch einen kleinen „leeren“ Bereich unterbrochen ist. Filling-in tritt am blinden Fleck auf, aber auch in skotomatösen Regionen bei Patienten mit Erkrankungen der Sehbahnen. Da das Filling-in in einer „leeren“ Region auftritt, gibt es keinen physikalischen Reiz, der eine Reaktion im visuellen Kortex an dieser retinotopen Stelle auslöst. Die Beobachter werden in der Regel aufgefordert, in einem Versuch zu berichten, wann sie das Filling-in erleben. Die neuronalen Reaktionen auf Stimuli mit und ohne Filling-in können verglichen werden, um festzustellen, ob sich diese Reaktionen bei diesen beiden Versuchsarten unterscheiden. Mit Hilfe von maschinellem Lernen kann ermittelt werden, ob ein Klassifikator zwischen diesen beiden Ereignistypen unterscheiden kann. Bei der univariaten Analyse fanden wir keinen Unterschied zwischen der BOLD-Aktivierung mit und ohne Filling-in. Mit einem Leave-One-Out-Trainingsverfahren und einer Support-Vector-Maschine war es jedoch möglich, die Wahrnehmungen anhand der Aktivierungsunterschiede im frühen visuellen Kortex zu klassifizieren (Lin, et al. 2020). Wir entwickelten ein Paradigma , um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Filling-in zu beurteilen. Den Beobachtern werden periodische Muster mit leeren Bereichen präsentiert, die als künstliches Skotom dienen. Indem wir einen Testreiz in der leeren Region präsentieren, nachdem das Filling-in aufgetreten ist, können wir die neuronale Reaktion auf den Testreiz messen und feststellen, ob diese Reaktion durch das Vorhandensein des Filling-in beeinflusst wird. Der Testreiz wird eine ausreichend große neuronale Reaktion hervorrufen, um so eine zuverlässige Messung der neuronalen Aktivität zu ermöglichen. Wir werden den Kontrast des Testreizes variieren, um die Kontrastübertragungsfunktion in Anwesenheit des auslösenden Reizes zu bestimmen. Dies ermöglicht uns, die Kontrastübertragungsfunktion als Antwort auf den Testreiz zu bestimmen. Variationen der physikalischen Eigenschaften des auslösenden Reizes und des Testreizes werden durchgeführt, um Antwortkomponenten zu trennen, die jeweils diesen beiden Reizarten zuzuordnen sind.In einer Serie von drei Studien werden wir die Antwortfunktionen auf den Testreiz mit funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI), ereigniskorrelierten Potentialen (ERP) und psychophysischen Experimenten parametrisch messen. Letztere werden durchgeführt, um den Wirkungsbereich der Grundphänomene zu ermitteln. Die fMRT-Experimente werden die Hirnareale für das Filling-in präzise identifizieren. Diese Präzision ist erforderlich, da das Gebiet im visuellen Kortex, das als Korrelat für das Filling-in gilt, V2, klein ist. Die ERP-Versuche werden die zeitliche Dynamik der Reizantwort in Bezug auf den Beginn des Filling-in bestimmen. Ein Modell wird weiter getestet, um eine neue Theorie des Filling-in zu entwickeln.
Relevante Verweise: