ForschungsprojekteDie 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 Rezeptor dichte 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 attentio nale Selektion von Objekten eine Voraussetzung für ihre spätere Abrufbarkeit aus dem Langzeit gedächtnis ist, könnten Maculopathien auch Beeinträchtigungen des visuellen Langzeitgedächtnis ses 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. Patienten daten werden verglichen mit dem Verhalten normalsichtiger Probanden, bei denen Skotome mit tels 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.
Visuelles Kategorielernen durch Informationsintegration und Belohnungslernen – gemeinsame neuronale Korrelate? (SFB779, Projekt 4)
In diesem Projekt wollen wir untersuchen, inwieweit das mesocorticale dopaminerge ‚Belohnungssystem’ neben der Vermittlung von Konditionierungsphänomenen auch in visuelles Kategorielernen involviert ist. Am Paradigma des Informations-Integrations-Lernens, bei dem Kategoriezugehörigkeit in Abwesenheit einer leicht verbalisierbaren Zuordnungsregel erlernt wird, wollen wir untersuchen, inwieweit das ‚Belohnungssystem’ an diesen Lernprozessen beteiligt ist, wenn Lernen durch (1) positive Verstärkung (Belohnung), (2) Rückmeldung ohne explizite Verstärkung oder (3) ohne explizite Rückmeldung erfolgt. Aktivierung in Strukturen des mesocorticalen dopaminergen Systems werden zu corticalen Arealen in Beziehung gesetzt. Dies betrifft einerseits Areale, die visuelle Suche und Aufmerksamkeitssteuerung unterstützen sowie andererseits visuelle Areale im Occipitotemporalcortex, die in die Verarbeitung visueller Merkmale und Objekte eingebunden sind. Multivariate voxelbasierte Klassifikationsverfahren werden dabei, teils in Kombination mit räumlich hochaufgelöster fMRT bei hoher Feldstärke (7T) eingesetzt, um die Kodierung von Gewinnerwartung, Gewinn-/Rückmeldungsunsicherheit und Gewinn/Rückmeldung in den Arealen des dopaminergen Systems zu analysieren. Die Kombination dieser Verfahren mit ereigniskorrelierter fMRT-Analyse erlaubt die Analyse von Teilaspekten wie Gewinnerwartung und Vorhersagefehler innerhalb eines Versuchsdurchgangs sowie von Lernprozessen über Versuchsdurchgänge hinweg.
Eine Darstellung der aktuellen und kürzlich abgeschlossenen Forschungsvorhaben der Abteilung findet sich auch in der Forschungsdatenbank Sachsen-Anhalt.
Letzte Änderung: 04.07.2011 - 09:04
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