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SPP 2411: LOOPS: Kortiko-subkortikale Interaktionen für Adaptive Wahrnehmung

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Universitätsplatz 2

39106 Magdeburg

Unser Gehirn nimmt die Welt dynamisch wahr, indem es relevante Reize hervorhebt und irrelevante ausblendet, um dadurch subjektive Momentaufnahmen der Realität zu erzeugen. Wenn Sie beispielsweise in New York City sind und ein Taxi brauchen, werden Sie für gelbe Objekte empfänglich sein, die Farbe der Taxis in New York City. Diese "adaptive Wahrnehmung" der Welt ist der Kern der Flexibilität, die es Säugetieren ermöglicht hat, unter wechselnden Umweltbedingungen zu gedeihen. Die adaptive Wahrnehmung hängt von der Interaktion zwischen dem eingehenden sensorischen Input ("Feedforward") und der Aktivität in Rückkopplungsschleifen ab ("Feedback"), die modulierend wirkt. Anatomen kennen solche Rückkopplungsschleifen schon seit Jahrzehnten. Diese Projektionen entstehen oft im Kortex und innervieren zahlreiche subkortikale Kerne auf verschiedenen Ebenen der sensorischen Verarbeitung. Interessanterweise, sind "Feedback"-Projektionen häufig stärker ausgebildet als "Feedforward" Projektionen. Dennoch betrachten wir die sensorische Verarbeitung weiterhin als eine Vorwärts-Transformation von Informationen. Solche "Feedforward-Netzwerke" erfassen jedoch nicht die ausgeprägte Fähigkeit von Säugetiergehirnen, eine komplexe Welt von Augenblick zu Augenblick flexibel zu interpretieren, je nach den aktuellen Bedürfnissen und früheren Erfahrungen. Wir müssen daher die Rolle der Rückkopplungsprojektionen in unser Verständnis der adaptiven Wahrnehmung einbeziehen. Es gibt zwar Theorien über die Funktion von Rückkopplungsprojektionen, aber ihre Erforschung war bisher begrenzt, weil die vorhandenen Methoden nicht ausreichend verfeinert waren, um diese Projektionen selektiv zu erfassen. Dank der jüngsten technischen Fortschritte ist dies nun möglich. In der Tat können wir jetzt mit genetischen Werkzeugen sowohl die kortikalen Neurone, die Feedback senden, als auch die subkortikalen Neurone, die es empfangen, gezielt ansteuern und sogar manipulieren. In Verbindung mit den jüngsten Fortschritten in der Elektrophysiologie mit dicht gepackten Multielektroden und der hirnweiten Bildgebung ermöglichen uns diese Techniken, die Aktivität der kortikalen und subkortikalen Neuronen selbst bei wachen Tieren während der adaptiven Wahrnehmung zu erfassen und zu manipulieren. Die durch diese technischen Entwicklungen erzeugte Dynamik in der Erforschung der neuronalen Mechanismen der adaptiven Wahrnehmung findet ihre Entsprechung auf theoretischer Ebene in der Einbeziehung von Rückkopplungsschleifen in aktuelle künstliche Netzwerkmodelle.