Kontrollmechanismen für Übergänge zwischen Hirnzuständen - neue Methoden

• Antragsteller: Dr. Urs Braun
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408280106

Die Funktion des menschlichen Gehirns beruht maßgeblich auf der komplexen Interaktion zahlreicher Gehirnregionen. Diese dynamische Kommunikation zwischen verschiedensten Hirnregionen kann mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) erfasst werden und mit Hilfe dynamischer Netzwerkmodelle akkurat beschrieben und modelliert werden. Die grundlegende Idee der sich aktuell stark entwickelnden dynamischen Netzwerkneurowissenschaften besteht darin, dass unser Gehirn in geordneter Art und Weise eine Reihe von Aktivitätszuständen durchgeläuft, um auf die zahlreichen unterschiedlichen Anforderungen in unserem täglichen Leben zu reagieren. In den vergangen Jahren wurden diese unterschiedlichen Aktivierungszustände des Gehirns bereits umfangreich beschrieben. Die Frage, wie das unser Gehirn den Übergang zwischen einzelnen Zuständen kontrolliert, wurde jedoch bisher nicht hinreichend untersucht.In der vorliegenden Studie untersuche ich diese Übergänge mit Hilfe einer erst kürzlich entwicklten Analysemethode aus dem Feld der Komplexen System Theorie, der sog. Netzwerk-Kontrolltheorie. Die Netzwerk-Kontrolltheorie kann dazu verwendet werden, die Ernergielandschaft eines komplexen Systems wie die des Gehirns zu beschreiben, d.h., sie kann beispielsweise aufzeigen, welche Zustände das System nur schwer einnehmen kann oder welche Regionen wie starkt beinflusst werden müssen, um bestimmte Zustände zu erreichen.Auf der Grundlage einer seit Jahren etablierten Batterie kognitiver und emotionaler fMRT Paradigmen, die unterschiedliche psychologische Funktionen, wie zum Beispiel Belohnungsverarbeitung oder Emotionsverarbeitung erfasst, definiere ich Gehirnzustände als Aktivitätsmuster während dieser Paradigmen. Mit Hilfe der Netzwerkkontrolltheorie modelliere ich anschließend die Übergänge zwischen diesen verschienenden experimentell definierten Hirnzuständen und identifiziere die Hirnregionen, die diese Übergänge kontrollieren. Meine Hypothesen sind, dass einerseits (a) eine Reihe von fronto-temporalen Hirnregionen bei allen Übergängen wichtige Kontrollfunktionen übernehmen und diese mit externalen Markern für kognitive Kontrolle assoziert sind, und andererseits (b) übergangs-spezifische Hirnregionen in für die untersuchte pyschologische Domänen spezifischen Hirnarealen nachweisbar sind.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professor Dani Bassett, Ph.D.