Neuronale Schaltkreise und Kognition

Unsere Forschung konzentriert sich auf kortikale Aktivität, die Wahrnehmung und Kognition zugrunde liegt. Dabei liegt unser Schwerpunkt auf dem Verständnis der neuronalen Basis und grundlegenden Prinzipien des Lernens. Zu diesem Zweck setzen wir ein breites Methodenspektrum ein, das Verhalten, Elektrophysiologie und funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) in Rhesusaffen (durch unseren Zweig am Deutschen Primatenzentrum) mit fMRT und intrakraniellen Ableitungen beim Menschen kombiniert. Derzeit zielt das Labor darauf ab, die Prinzipien und Mechanismen zu verstehen, die das Lernen abstrakter Modelle ermöglichen. So haben wir durch die Kombination von Experimenten im Menschen, nicht-humanen Primaten und künstlichen neuronalen Netzen herausgefunden, wie das Lernen auf verschiedenen Abstraktionsebenen auf verschiedene Stufen der hierarchischen Verarbeitung im visuellen Kortex abgebildet wird. In einem weiteren Schritt untersuchen wir, wie gelernte mentale Modelle verwendet werden, um vorherzusagen, was in unserer sensorischen Umgebung geschieht, was zu flexiblem und intelligentem Verhalten führt. So haben wir z. B. gezeigt, dass Neuronen im fMRT-identifizierten gesichtsverarbeitenden System des Rhesusaffen lernen, Vorhersagen über Sequenzen von Gesichtern zu testen, und dass sie dies auf der Grundlage von Informationen aus höherrangigen Arealen innerhalb dieser kortikalen Hierarchie tun. Beim Menschen verwenden wir intrakortikale Ableitungen bei Epilepsiepatienten, auch mit einer Auflösung, die die Unterscheidung einzelner kortikaler Schichten erlaubt, um zu untersuchen, wo und wie sensorische Vorhersagen im menschlichen Gehirn gelernt und getestet werden. Mit diesen Studien wollen wir entscheidende Erkenntnisse darüber gewinnen, wie der Kortex Informationen kodiert und kommuniziert und wie das Lernen diese Prozesse optimiert. Unsere Forschung wird durch das Emmy Noether Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie einen ERC Starting Grant (VarPL, 802482) finanziert.