Projekte

Um transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) bei Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen zielgenau und nebenwirkungsarm einsetzen zu können, müssen die strukturellen und funktionellen Verbindungen der Gehirnnetzwerke, die stimuliert werden sollen, genau verstanden werden. Im aktuellen Projekt konzentrieren wir uns auf den rechten Gyrus frontalis inferior (rIFG) als mögliches transdiagnostisches Ziel für tDCS, da diese Struktur eine zentrale Rolle bei kognitiver und verhaltensbezogener Kontrolle spielt und auch in Emotionserkennung und Empathie eingebunden ist. Unser Ziel ist es, (1) unser Verständnis der Schaltkreise, der funktionellen Organisation und der Konnektivität des rIFG durch Bildgebung im entwickelnden Gehirn verbessern. Wir haben verschiedene Aufgaben entwickelt, um einzelne Unterregionen des rIFG und die mit ihnen verbundenen Netzwerke gezielt zu aktivieren (2) Bei nicht-menschlichen Primaten können wir fokussierten Ultraschall zur Stimulation von Subclustern des rIFG und der damit verbundenen Netzwerke einsetzen und unser Verständnis dafür verbessern, wie sich die Stimulationsparameter auf die Rekrutierung von Netzwerken auswirken. (3) Schließlich werden wir die Ergebnisse für die Konzeption und Durchführung klinischer Studien zu ADHS oder anderer rIFG-bezogenen Störungen bei Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen nutzen. Dabei werden wir eng mit den Kindern/Jugendlichen und ihren Familien zusammenarbeiten, um deren Anliegen und Bedürfnisse in die Studienplanung mit einbeziehen und die Studiendurchführung aus Patient*innen- und Angehörigenperspektive zu begleiten und zu bewerten (z.B. Übertragbarkeit in die Praxis und Nutzen, Anpassungs von Settings).

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Die elektrische Aktivität des Primatenkortex zeigt in vielen Regionen Muster von Wanderwellen und Frequenzgradienten.
vielen Regionen. Diese dynamische Aktivität wurde über verschiedene Frequenzbänder, räumliche Skalen und
Neuroimaging-Modalitäten, z. B. spannungsempfindlicher Farbstoff, lokale Feldpotentiale (LFPs), M/EEG und fMRI, festgestellt.
Jüngste Arbeiten legen nahe, dass kortikale Wanderwellen innerhalb kleiner Kortexzonen ein wichtiger
neuronaler Mechanismus für kognitive Funktionen sein könnte, aber auch, dass traditionelle Analysetechniken möglicherweise
unzureichend sind, um diese Funktionen aufzudecken. Neue Forschungsergebnisse zeigen eine direkte Verbindung zwischen dem Timing dieser
wellenförmigen Signalen im visuellen kortikalen Areal V5/MT bei Primaten und der Leistung bei kognitiven Aufgaben, obwohl noch grundlegende Fragen darüber offen sind, wie neuronale Berechnungen in der
[physiologischen wellenartigen Ereignissen abläuft. Die Verknüpfung der beobachteten eher globalen, inter-arealen Wellen mit diesen
lokalen Wellenmustern wird einen neuen Einblick in die Kontrolle der kognitiven Funktion durch kognitive
Ressourcenverteilung.

[In der ersten Förderphase des CRC haben wir die Hypothese aufgestellt und bestätigt, dass die funktionelle Konnektivität des Gehirns die kognitive Leistung beeinflusst. Mit Hilfe der computergestützten Modellierung von Hirnnetzwerken haben wir die theoretischen Prinzipien identifiziert, die dieser Beziehung zugrunde liegen. Außerdem charakterisierten wir die detaillierten strukturellen und funktionellen Schaltkreise der Hirnknoten, die für die wahrnehmungsbezogene Entscheidungsfindung bei Primaten zentral sind. In der zweiten CRC-Phase wollen wir die Dynamik von Wanderwellen und Frequenzgradienten untersuchen, die für die kognitive Funktion und die Variabilität dieses Netzwerks verantwortlich sind, wobei wir wiederum Experimente und computergestützte Modellierung kombinieren. Insbesondere wollen wir untersuchen, wie effektive Konnektivität beide Phänomene formt, indem sie kortikale Wanderwellen innerhalb des Entscheidungsnetzwerks lenkt, sie innerhalb kortikaler Areale formt und effektive Frequenzgradienten zwischen kortikalen Arealen während der Aufgabenausführung erzeugt. Wir werden auf experimentellen und modellierenden Arbeiten aufbauen, die in Phase 1 durchgeführt wurden, und uns dabei auf das Wahrnehmungs
Entscheidungsfindungsnetzwerk in V5/MT und dessen Verbindungen konzentrieren, da Arbeiten in diesem Bereich bei einer anderen Primaten
Spezies entdeckt hat, wie Wanderwellen die kognitive Leistung beeinflussen. [Erstens werden wir durch die Anpassung unseres kortikalen Netzwerkmodells an die funktionelle Konnektivität den kausalen Zusammenhang zwischen effektiver Konnektivität, Wanderwellenrichtung, Frequenzgradienten und kognitiver Ressourcenallokation untersuchen. Zweitens werden wir experimentell testen, ob spezifische effektive Frequenzmuster der Aktivierung mit gerichteten Wanderwellen zusammen auftreten. Schließlich wird unser Unterprojekt die Beziehung zwischen Wanderwellen, neuronaler Dynamik und kognitiver Leistung durch Modellierung und direkte Intervention direkt untersuchen.

[So werden wir intra-areale Wellen mit netzwerkweiten kortikalen Wellen verknüpfen und versuchen, die theoretische Position zu testen, dass die Stärke und das Muster der eingehenden Konnektivität die kognitive Leistung durch die Lenkung von Wanderwellen und effektiven Frequenzgradienten beeinflussen.
Dieser Text wurde mit DeepL übersetzt am 18.12.2025

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Zum besseren Verständnis des Gehirns, ist es wichtig zu wissen, welche seiner Netzwerke bestimmte kognitive Funktionen unterstützen. Das kooperative Vorhaben untersucht, wie eine sehr heterogene Gehirngegend (Pulvinar) in unterschiedliche (thalamo-kortikale) Netzwerke des Gehirns eingebunden ist. Durch diese Einbindung werden kognitive Funktionen unterstützt, die es möglich machen, flexibel auf Umweltreize zu reagieren und Sinneseindrücke zum Lernen, Erinnern und für Entscheidungen zu nutzen. In diesem Projekt werden in Primaten mehrere Gehirngegenden in der Pulvinar-Region zielgenau inaktiviert und dadurch die kognitive Funktion dieser Netzwerke des Gehirns aufgeklärt.

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Projekt im DFG-Schwerpunktprogramm SPP2411
Wir stellen eine neue Hypothese zu den Funktionen des Pulvinars bei Primaten vor und machen Vorschläge für spezifische Tests, um die Vorhersagen dieser Hypothese zu überprüfen. Die Pulvinar-Kerne sind bei Primaten im Vergleich zu anderen Säugetieren stark vergrößert. Wir vertreten die Ansicht, dass das Pulvinar als ein Rechensystem fungieren könnte, das speziell für adaptive Berechnungen geeignet ist. Als spezieller Fall dieser allgemeinen Hypothese werden wir untersuchen, wie das Pulvinar und die mit ihm verbundenen neokortikalen Areale die Strukturierung räumlicher 3-D-Beziehungen in der visuellen Welt unterstützen können. Informationen über die 3-D-Struktur der unmittelbar sichtbaren Welt sind sowohl für sensorische, wahrnehmungsbezogene Urteile über Größe, Form und Position von Objekten als auch für motorische Aktivitäten, insbesondere die Steuerung von Augenbewegungen, wichtig. Beim Menschen sind solche Bewegungen von Natur aus binokular und daher in die räumliche 3-D-Verarbeitung eingebettet. Nur wenige, wenn überhaupt, Studien zu den Pulvinarkernen haben die binokularen 3-D-Eigenschaften der Pulvinarneuronen untersucht. Im Gegensatz dazu wurde die binokulare Funktion sensorischer kortikaler Bereiche ausführlich untersucht. Wir wollen auf der derzeitigen kanonischen Ansicht aufbauen, dass die Pulvinarkerne als Relais oder "Efferenzkopie" für kognitive Signale wie räumliche Aufmerksamkeit dienen. In diesem Projekt soll die Hypothese getestet werden, dass das Pulvinar-Relais neuronale Signale über räumliche 3-D-Beziehungen transformiert, wenn sie von einem visuellen kortikalen Bereich zu einem anderen gelangen. Wir werden doppelte elektrophysiologische Ableitungen aus den Pulvinarkernen und anatomisch verbundenen visuellen Kortikalarealen vornehmen. Das Projekt wird die adaptive, regulatorische Rolle des Pulvinars mit Hilfe von Standardparadigmen zur visuomotorischen Anpassung in Kombination mit Eingriffen testen, die darauf abzielen, die Pulvinarfunktion vorübergehend und reversibel zu stören.
Dieser Text wurde mit DeepL übersetzt

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Dieses Projekt wird durchgeführt als Teil des Deutschen Zentrums für Psychische Gesundheit (DZPG).
Im Kindesalter sind Entwicklungsstörungen wie die Aufmerksamkeitsdefizit-/ Hyperaktivitätsstörung (ADHS) häufig Anlass für Familien Hilfe zu suchen. Die Stärken von Kindern, Jugendlichen aber auch Erwachsenen mit Entwicklungsstörungen werden oft nicht richtig wahrgenommen und gefördert, so dass Selbstwert- und Stimmungsprobleme zu den Schwierigkeiten in Schule und Beruf dazukommen können. Viele Studien haben gezeigt, dass bei Entwicklungsstörungen bestimmte Gehirnbereiche nicht ausreichend aktiv sind oder nicht gut zusammenarbeiten. Im Rahmen des neu gegründeten Deutschen Zentrums für Psychische Gesundheit (DZPG), zu dem Halle-Jena-Magdeburg als einer von 6 Standorten gehört, untersuchen wir in verschiedenen Projekten, wie wir Neuromodulation einsetzen können um Betroffene zu unterstützen. Unter Neuromodulation versteht man verschiedene Methoden, mit denen man die Gehirnaktivität von außen (z.B. über ein Stimulationsgerät) oder durch Training (Neurofeedback) beeinflussen kann. Im ersten Teilprojektkonzentrieren wir uns auf einen Teil des rechten Frontallappens im Gehirn, der für die Kontrolle von Ablenkung und Verhalten, aber auch die Verarbeitung von sozialen Informationen wichtig ist. Wir nutzen bereits vorhandene Bildgebungsdaten von Kindern und Jugendlichen um besser zu verstehen, welche Teile dieser Struktur in welche Netzwerke im Gehirn eingebunden sind. In einem weiteren Schritt werden wir untersuchen, ob sich auch bei nicht-menschlichen Primaten diese Netzwerke finden lassen. So können wir Aufgaben und Stimulationseinstellungen erproben, die zu einer langfristigen Verbesserung der Aktivität in diesen Teilen des Gehirns führen.

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HORIZON TMA MSCA Postdoktorandenstipendium - Europäisches Stipendium für Dr. Corentin Gaillard:
Computergestützte Modelle des Sehens befassen sich häufig mit Problemen, die ein einziges und eindeutiges Ziel haben, wie z. B. die visuelle Erkennung: ein Beispiel hierfür wäre das Auffinden einer reifen Banane in einer komplexen Szene. Doch nicht alle Berechnungen erfolgen in dieser Form. Visuelle Informationen werden in den sensorischen Bereichen kontinuierlich verarbeitet, und das Nervensystem ist in der Lage, eine laufende Verhaltensreaktion auf Änderungen der eingehenden Informationen zu ändern oder anzuhalten. Wir können daher flexibel auf aktualisierte sensorische Eingaben oder veränderte Anforderungen an die motorische Leistung reagieren. Andererseits müssen dieselben neuronalen Mechanismen auch die Wahrnehmungsstabilität unterstützen, damit verrauschte Signale nicht zum Verlust eines wichtigen Ziels führen. Im Projekt COGSTIM werde ich die funktionellen neuronalen Netzwerke untersuchen, die das Gleichgewicht zwischen Wahrnehmungsflexibilität und -stabilität in den visuellen Arealen von Primaten unterstützen. Ich werde einen hochinnovativen Ansatz verwenden, bei dem dichte elektrophysiologische Aufzeichnungen mit einer Online-Dekodierung (in Echtzeit) der neuronalen Korrelate der Wahrnehmungsentscheidungen der Versuchspersonen auf der Grundlage adaptiver Algorithmen für maschinelles Lernen kombiniert werden. Um die visuelle Wahrnehmung effektiv und vorhersehbar zu steuern, wird eine elektrische Stimulation im geschlossenen Regelkreis mit dynamisch angepasster Rückkopplung auf die identifizierten neuronalen Schaltkreise angewendet, die die damit verbundenen Wahrnehmungen kausal modulieren. Dieser neuartige Ansatz, bei dem Dekodierung und Stimulation in Echtzeit kombiniert werden, wird es mir ermöglichen, visuelle Wahrnehmungen dynamisch zu steuern, was einen bedeutenden Fortschritt in unserem Verständnis der fortlaufenden, kontinuierlichen Berechnungen des Primatengehirns darstellt. Solche Entwicklungen bieten eine vielversprechende Grundlage für die künftige Entwicklung rehabilitativer therapeutischer Protokolle sowie innovativer Gehirn-Maschine-Schnittstellen, die sich für den Einsatz in der Praxis eignen.
Dieser Text wurde mit DeepL übersetzt

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Der SFB 1436 hat das Ziel, neuronale Ressourcen auf allen Größenskalen zu untersuchen durch einen interdisziplinären Ansatz, welcher funktionelle und strukturelle Eigenschaften von kortikalen und subkortikalen Schaltkreisen mit Verhalten und Leistungsfähigkeit in Zusammenhang bringt und Interventionen untersucht. Technologische Fortschritte im Bereich der in vivo Gehirnbildgebung des menschlichen Gehirns sowie der multimodalen Modellierung sollen eine Brücke zwischen Molekularen Studien an Tiermodellen und Verhaltensstudien an Versuchspersonen und Patienten bauen.

Projekt C05 des SFB 1436 - in Kollaboration mit Prof. Dr. Petra Ritter (Charite, Berlin) - verfolgt einen kombinierten theoretischen und empirischen Ansatz, um kausal - von den Neuronen bis zum Verhalten - zu untersuchen, wie die Ressourcenzuteilung in visuellen und parietalen Hirnregionen durch die Veränderung der funktionalen Verbindungen in dem der menschlichen Kognition am nächsten kommenden Tiermodell, dem Rhesusaffen, gesteuert werden kann.

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Zusammenfassung für die Verlängerung der Heisenberg-Professur.
Das Alltagsleben stellt uns jeden Moment des wachen Tages vor Wahrnehmungsaufgaben. Wenn wir in einer bebauten Umgebung auf und ab gehen, müssen wir vielleicht das Gebäude finden, in dem wir einen Termin haben, während wir statische Objekte und sich bewegende Menschen auf unserem Weg navigieren, während unser Blick von Gesichtern angezogen wird, die wir erkennen. In den letzten Jahrzehnten haben wir bedeutende Fortschritte beim Verständnis der neuronalen Substrate gemacht, die Wahrnehmungsurteile über dreidimensionale Figuren und Objekte und ihre Bewegungsbahnen unterstützen (Gold & Shadlen 2007; Krug 2020). Die meisten der zugrundeliegenden Erkenntnisse wurden anhand von Beurteilungen gewonnen, die über klar definierte, begrenzte Zeiträume erfolgen und eine Reaktion auf eine Wahrnehmungsdimension eines einfachen Objekts oder Stimulus erfordern. Die Untersuchungsebene konzentrierte sich auf das einzelne Neuron (Neurophysiologie) und das einzelne Hirnareal (funktionelle MRT) (Krug, 2020; Parker & Newsome, 1998).
Aufbauend auf meiner früheren Arbeit habe ich eine neue Reihe von 3D-Bewegungsreizen entwickelt, mit denen wir untersuchen können, wie neuronale Signale zu Wahrnehmungsentscheidungen beitragen, während sich der eingehende Reiz dynamisch und unvorhersehbar verändert. In Projekt 1 verwenden wir diese Stimuli, um in Echtzeit die Interaktionen zwischen mehreren Gruppen von Neuronen zu untersuchen, die gleichzeitig aufgezeichnet werden. In diesem Projekt werden hochdimensionale Aufzeichnungen mit linearen Elektrodenarrays verwendet, während trainierte Rhesusaffen Wahrnehmungsentscheidungen treffen. Um den aktuellen Zustand der Wahrnehmungsschaltkreise aus der laufend aufgezeichneten neuronalen Aktivität (SUA, MUA, LFP) zu dekodieren, habe ich zusammen mit meinem Postdoc Dr. Corentin Gaillard moderne Machine-Learning-Ansätze zur Analyse von Wahrnehmungsentscheidungssignalen für 3D-Bewegungen implementiert. Wir werden den linearen Decoder auch nutzen, um kausale Eingriffe in die laufende Entscheidungsfindung gezielt und zustandsabhängig zu steuern (Projekt 2).
Die korrelative Untersuchung von Echtzeitsignalen in Projekt 1 dient als Grundlage für Projekt 2. Im Rahmen der Projekte 1 und 2 wollen wir unser detailliertes Wissen über einzelne Neuronen und die Dynamik lokaler Schaltkreise im Gebiet V5/MT für Entscheidungen über 3D-Bewegungsreize (DeAngelis et al., 1998; Dodd et al. 2001 Krug et al., 2004; Krug et al. 2013; Wasmuht et al 2019; Krug 2020) nutzen, um ein detailliertes Wissen über die relevanten Schaltkreise im extrastriaten Gebiet V5/MT über Kolumnen hinweg und ihre Interaktionen mit direkt angeschlossenen kortikalen Gebieten (V4/V4t, MST, LIP) zu erlangen. Projekt 3 befasst sich mit der funktionellen Entscheidungsfindung bei Primaten über hirnweite Schaltkreise hinweg. Dabei handelt es sich um dieselbe übergreifende Fragestellung wie bei den Projekten 1 und 2, jedoch ausgehend von der Kombination hochauflösender MRT- und kausaler Stimulationsmethoden, um die neuroanatomische Lokalisierung von Entscheidungskreisen zu bestimmen. Ein besonderer Schwerpunkt ist dabei die Frage, wie sich Veränderungen der funktionellen Konnektivität zwischen wichtigen Hirnarealen (V5/MT, LIP, FEF) auf die lokale Aktivierung, den Wahrnehmungszustand und die Entscheidungen auswirken. Dazu verwende ich fokussierte Ultraschallstimulation (FUS) zur Manipulation der funktionellen Konnektivität, eine neue Methode, an deren Etablierung ich beteiligt war (Verhagen et al. 2019). Letztendlich werden diese Veränderungen der funktionellen Konnektivität mit den Veränderungen der neuronalen Aktivität in Echtzeit verbunden sein, die wir in den Projekten 1 und 2 charakterisieren.
Dieser Text wurde mit DeepL übersetzt

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Wenn wir auf einer belebten Straße gegen den Strom der Menschen laufen und nach jemandem Ausschau halten, den wir zu treffen hoffen, sind wir einer Flut von visuellen Reizen ausgesetzt. In dieser Situation sind die Mechanismen des Gehirns, die der visuellen Verarbeitung zugrunde liegen, ununterbrochen und für eine unvorhersehbare Zeitspanne aktiv. Sie müssen die eintreffenden sensorischen Informationen ständig analysieren, um motorische Aktionen zu bewerten, einzuleiten und zu steuern (Gehen, Ausweichen vor Hindernissen, Abtasten von Gesichtern usw.). Im Gegensatz dazu basiert der größte Teil unseres Wissens über die neuronalen Grundlagen der visuellen Verarbeitung auf einfachen "Laborsituationen": diskrete Versuche mit vorhersehbarem Beginn (Cue), einem festen Reiz, Ende (einem weiteren Cue) und einer motorischen Aktion (eine von wenigen bekannten alternativen Reaktionen). Eine der nächsten großen Herausforderungen für die Systemneurowissenschaften wird darin bestehen, einige Aspekte des "normalen Sehens" in unsere Versuchsparadigmen einzubeziehen, z. B. die kontinuierliche Integration von Informationen im Laufe der Zeit und die fortlaufende Bewertung motorischer Aktionen. Mein aktueller Vorschlag baut auf dem gut definierten experimentellen Rahmen der wahrnehmungsbezogenen Entscheidungsfindung auf, aber anstatt Wahrnehmung und Verhalten als eine Abfolge diskreter, endlicher Episoden zu behandeln, die jeweils in einer Entscheidung gipfeln, werden neue experimentelle Paradigmen untersuchen, wie das Gehirn den sich dynamisch verändernden Informationsfluss aktiv und kontinuierlich überwacht. Frühere Arbeiten von mir und anderen haben gezeigt, dass Neuronen im extrastriaten visuellen Areal V5/MT von Primaten 3D- und Bewegungskomponenten einer komplexen Wahrnehmungserfahrung kontrollieren können. Durch hochdimensionale Ableitungen von vielen Neuronen gleichzeitig in diesem gut beschriebenen Bereich des visuellen Systems von wachen Primaten möchte ich die umfassendere Frage untersuchen, wie Neuronen dynamisch in Raum und Zeit interagieren, um die visuelle Wahrnehmung und Entscheidungsfindung zu gestalten. Dieses Projekt besteht aus vier Teilen. Erstens: Um die Rolle der Kooperativität in neuronalen Schaltkreisen für die visuelle Wahrnehmung zu untersuchen, werde ich unvorhersehbare dynamische Veränderungen in visuelle Reize einführen und die zeitliche Beziehung zwischen diesen Reizveränderungen und wahrnehmungsbezogenen neuronalen Aktivitäten und Interaktionen untersuchen. Liefern die dynamischen Reaktionen Beweise für eine Hysterese in zustandsabhängigen neuronalen Interaktionen? Zweitens werden wir, während eine visuelle 3D-Bewegungswahrnehmung entsteht, die Interaktionen zwischen aufgabenrelevanten Neuronen über funktionelle Subdomänen wie Kolumnen in Echtzeit verfolgen. Während ein bistabiler Stimulus über die Zeit (Sekunden) betrachtet wird, werden wir die Beziehung zwischen den Veränderungen der neuronalen Interaktionen und der berichteten Wahrnehmung untersuchen. Drittens werden wir testen, ob neuronale Reaktionsmuster, die mit einfachen Bewegungs- und 3D-Stimuli erhalten wurden, Reaktionen auf komplexere visuelle Stimuli (wie biologische Bewegungen und in Filmsequenzen eingebettete 3D-Bewegungsmuster) vorhersagen. Schließlich werden wir die aus diesen hochdimensionalen Aufzeichnungen gewonnenen empirischen Daten nutzen, um neuroinformatische Modelle der Netzwerkdynamik für Wahrnehmungsentscheidungen zu hinterfragen und an ihrer Konstruktion mitzuwirken.
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Mit diesem Projekt planen wir in Magdeburg eine neue Technologieplattform einrichten, um die MR-Spektroskopie (MRS) im visuellen Kortex des Rhesusaffen zu ermöglichen, die MRS-Messungen mit der Aufzeichnung und Manipulation physiologischer Signale im MR-Scanner kombinieren soll. Magdeburg verfügt für Europa fast einzigartig über einen 7-Tesla-Hochfeld-MRT-Scanner, in dem auch die Rhesusaffen gebracht und gemessen werden können. Die Hochfeldstärke des Magdeburger Scanners ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Einrichtung der vorgeschlagenen spektroskopischen Messungen.

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DFG-Programm Heisenberg-Professur

Mein Heisenberg-Projekt beschäftigt sich mit der Frage, wie Neuronen dynamisch in Raum und Zeit interagieren
und Zeit interagieren, um die visuelle Wahrnehmung und Entscheidungsfindung zu beeinflussen. Ich schlage ein neues Forschungsprogramm vor
Forschungsprogramm vor, das (i) hochdimensionale neurophysiologische Aufzeichnungen, (ii) kausale
kausale Eingriffe, die direkt auf die relevanten neuronalen Schaltkreise in einer zeit- oder zustandsabhängigen Weise angewendet werden
und (iii) eine detaillierte Analyse der zugrunde liegenden neuronalen Schaltkreise. Das einzige verfügbare experimentelle
Modellsystem, das dies derzeit unterstützt, ist der nicht-menschliche Primat, insbesondere der Makaken
Affe. Diese Tiere haben ein dem Menschen sehr ähnliches visuelles System, so dass wir
anspruchsvolle Verhaltensparadigmen experimentell anwenden können. Um die zugrunde liegende Gehirnkonnektivität zu untersuchen
Konnektivität des Gehirns zu untersuchen und die Ergebnisse auf das menschliche Gehirn zu übertragen, werden modernste Aufzeichnungs- und
und Bildgebungstechnologien für menschliche und nicht-menschliche Primaten von entscheidender Bedeutung sein, wie sie auch in meiner
meiner derzeitigen Forschung.
Das langfristige wissenschaftliche Ziel meiner Forschung besteht darin, die neuronalen Signale zu verstehen und zu kontrollieren, die
die unser reichhaltiges Seherlebnis erzeugen. In den letzten Jahren wurden die engsten experimentellen Verbindungen zwischen Gehirnsignalen
Gehirnsignalen und der Wahrnehmung bei wachen Primaten zwischen der Aktivität einzelner
Neuronen und Wahrnehmungsentscheidungen hergestellt. Ich verfüge über umfangreiche Erfahrungen und Beiträge in diesem Bereich und
möchte nun diese leistungsstarke Forschungsplattform auf natürlichere Umgebungen der Wahrnehmung und
Handlung erweitern. Die neue Arbeit wird sich insbesondere auf die Kontinuität von Wahrnehmungsaktivitäten konzentrieren. Anstatt
Wahrnehmung und Verhalten als eine Abfolge von diskreten, endlichen Episoden zu betrachten, die jeweils in einer Entscheidung gipfeln
einer Entscheidung gipfelt, werden die neuen experimentellen Paradigmen untersuchen, wie das Gehirn aktiv handelt,
kontinuierliche Überwachung des sich dynamisch verändernden eingehenden Informationsflusses.
Dieser Text wurde mit DeepL übersetzt

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Die direkte elektrische Stimulation im Gehirn von Menschen ist ein wichtiges therapeutisches Mittel, z.B. kann die Tiefenhirnstimulation für Parkinson oder Depressionen Symptome lindern und Gehör-Prothesen können Schallwellen in elektrische Ströme übersetzen. Allerdings werden in vieler Hinsicht solche klinischen Anwendungen der direkten elektrischen Stimulation im Gehirn wie in einer "Blackbox" angewandt, also ohne genau in mechanistischer Weise zu verstehen, wie ein bestimmtes Stimulationsprogramm, seine spezifische Wirkung entfaltet und in wieweit dies von der stimulierten Hirnstruktur abhängt. Um die funktionalen Effekte direkt induzierter elektrischer Signale, wie sie in der Tiefenhirnstimulation im Menschen bereits in einigen wenigen Hirnstrukturen und Erkrankungen, z.B. Parkinson, verwendet werden, besser zu verstehen und gezielter auch für andere Krankheiten einsetzen zu können, planen wir Experimente mit elektrischer Gehirn-Stimulation im hochauflösenden 7T Siemens MRT am Leibniz-Institut in Magdeburg. Ein mechanistisches Verständnis soll zu einer patientengerechteren Anwendung führen.
Wir werden am 7T MRT des Leibniz-Institutes arbeiten und profitieren von der dortigen hohen Expertise und den Sequenzen, die für die Erforschung des menschlichen Gehirns in Gesundheit und Krankheit, eingerichtet wurde. Während die Sequenzen zur Messung nur eine geringe Anpassung zwischen Affe und Mensch benötigen, können die Kopfspulen, die zur Signalmessung benötigt werden, nicht einfach übernommen werden. Die Kopfspule muss für das bestmöglichste Signal so geformt sein, dass sie nahe am Kopf des wesentlich kleineren Affen sitzt und dass sie spezifische Zugänge für das Ableiten von implantierten Elektroden hat.

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Der SFB 1436 hat das Ziel, neuronale Ressourcen auf allen Größenskalen zu untersuchen durch einen interdisziplinären Ansatz, welcher funktionelle und strukturelle Eigenschaften von kortikalen und subkortikalen Schaltkreisen mit Verhalten und Leistungsfähigkeit in Zusammenhang bringt und Interventionen untersucht. Technologische Fortschritte im Bereich der in vivo Gehirnbildgebung des menschlichen Gehirns sowie der multimodalen Modellierung sollen eine Brücke zwischen Molekularen Studien an Tiermodellen und Verhaltensstudien an Versuchspersonen und Patienten bauen.
Projekt C05 des SFB 1436 - in Kollaboration mit Prof. Dr. Petra Ritter (Charite, Berlin) - verfolgt einen kombinierten theoretischen und empirischen Ansatz, um kausal - von den Neuronen bis zum Verhalten - zu untersuchen, wie die Ressourcenzuteilung in visuellen und parietalen Hirnregionen durch die Veränderung der funktionalen Verbindungen in dem der menschlichen Kognition am nächsten kommenden Tiermodell, dem Rhesusaffen, gesteuert werden kann.

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