Functional properties of neurons in the Claustrum and their contribution on the processing of multimodal sensory events
Final Report Abstract
Das Ziel dieses Projektes war ein besseres Verständnis der Integration von Sinnesinformation im Gehirn und der zu Grunde liegenden Hirnstrukturen. Insbesondere war das Ziel das Verständnis des Claustrums, einer Struktur über die viel im Zusammenhang mit Sinnesintegration spekuliert wird, aber über die bis jetzt sehr wenig bekannt ist. Dazu haben wir moderne Methoden der hochauflösenden Magnetresonanztomographie (MRT) und elektrophysiologischer Messungen am Tiermodell verwendet und die Aktivität des Claustrums in verschiedenen Paradigmen der sensorischen Stimulation gemessen. Insbesondere wollten wir 1) eine mögliche Funktion des Claustrums in der Sinnesintegration aufzeigen, 2) die physiologischen Grundlagen der Funktion des Claustrums durch elektrophysiologische Ableitungen der Aktivität einzelner Neurone beschreiben, und 3) in der Literatur beschriebene Spekulationen über spezielle sensorische Karten im Claustrum überprüfen. Unsere Kombination von MRT Messungen und Elektrophysiologischen Ableitungen lässt bis jetzt folgende Aussagen über das Claustrum zu. Das Claustrum scheint in der Tat in verschiedene sensorischspezifische Zonen eingeteilt zu sein, wobei innerhalb dieser Zonen die Neurone meist nur auf die dominante Modalität antworten. Entgegen der Hypothese, dass das Claustrum eine wichtige Rolle in der Sinnesintegration spielt fanden wir bis jetzt kaum Neurone die auf mehrere Modalitäten reagieren oder andere Charakteristika für cross-modale Verarbeitung zeigen. Im Gegenteil, viele Zellen kodieren nicht die spezifischen Eigenschaften eines Reizes, sondern eher das Auftreten eines neuen Reizes. Eine daraus resultierende Hypothese ist, dass das Claustrum Teil eines Systems ist, welches das plötzliche Auftreten neuer, wichtiger Ereignisse in unserer Umgebung signalisiert. Zusätzlich zu diesen Ergebnissen über das Claustrum haben unsere Studien gezeigt, dass einige Areale der Hörrinde durch visuelle und taktile Reize moduliert werden können. Dieses Ergebnis ist insofern erstaunlich als diese Areale normalerweise als rein auditorische Areale betrachtet werden. Zusammen mit Resultaten von anderen Arbeitsgruppen deutet dies darauf hin, dass unser Gehirn die Information von den verschiedenen Sinnessystemen schon auch recht früher Ebene der Verarbeitung miteinander kombiniert. Gleichzeitig mit den Messungen im Claustrum konnten wir auch die Antworteigenschaften von Neuronen in der Insula charakterisieren. Dort fanden wir ein bis jetzt kaum untersuchtes auditorisches Areal. Die Neurone in diesem neu beschriebenen Areal könnten die Basis bilden für das häufige Aufleuchten des Insula Kortex in Human Studien im Kontext von Wahrnehmung von Sprache, Melodien und Rhythmus. Viele dieser Ergebnisse wurden schon publiziert oder sind Thema von Publikationen die gerade in Arbeit sind. Die Experimente über das Claustrum werden von der Max Planck Gesellschaft (Abteilung Prof. Logothetis) weiter unterstützt und können deshalb fortgeführt werden.
Publications
- Do early sensory cortices integrate cross-modal information? Kayser C, Logothetis N. Brain Structure & Function 212(2), 121-231, 2007.
- Functional Imaging Reveals Numerous Fields in the Monkey Auditory Cortex. Petkov C, Kayser C, Augath M, Logothetis N. PLOS Biology 4(7), 2006.
- Functional imaging reveals visual modulation of specific fields in auditory cortex. Kayser C, Petkov C, Augath M, Logothetis N. Journal of Neuroscience 27(8), 1824-1835, 2007.
- Integration of touch and sound in auditory cortex. Kayser C, Petkov C, Augath M, Logothetis N. Neuron 48(2), 373-384,2005.
- Listening with your eyes. Kayser C, Scientific American: Mind, April 2007.
- Sinnvolle Verschmelzung. Kayser C, Spektrum der Wissenschaft, Gehirn & Geist (10), 2006.
- Visual modulation of neurons in auditory cortex. Kayser C, Petkov C, Logothetis N. Cerebral Cortex, 2007.K3290
