Entschlüsselung der neuronalen Codes konvergent evolvierter Arbeitsgedächtnisfunktionen bei Menschen, Affen und Krähen

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Mormann; Professor Dr. Andreas Nieder
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429929234

Das Arbeitsgedächtnis, also die Fähigkeit, Information kurzzeitig für Sekunden bis Minuten zu erinnern und zu manipulieren, stellt die fundamentale Grundlage der Kognition des Menschen und anderer intelligenter Tiere dar. Traditionell wird aufgrund von Forschung an Primaten angenommen, dass die Speicherung von Inhalten im Arbeitsgedächtnis durch anhaltende Aktivierung von Nervenzellen geschieht; entsprechend dieses Ansatzes stellt die konstant erhöhte Entladung von Nervenzellen einen statischen Code des Arbeitsgedächtnisses dar, mit dem Information über kurze Zeitintervalle in zeitverzögerten Verhaltensaufgaben aktiv gespeichert werden kann. Im Gegensatz dazu betonten neuere Erkenntnisse, dass die Information im Arbeitsgedächtnis oftmals mittels eines dynamischen Codes gespeichert wird, wobei verschiedene Nervenzellen unterschiedliche Information zu diskreten Zeitintervallen einer Gedächtnisphase übermitteln. Derzeit ist unklar, welche funktionelle Relevanz diese möglichen neuronalen Codes des Arbeitsgedächtnisses für das Verhalten haben. Ebenso wenig ist bekannt, ob sie sich auf unterschiedliche phylogenetische Gruppen verallgemeinern lassen, oder wie sie in neuronalen Schaltkreisen realisiert sein könnten. Im vorliegenden Antrag wird deshalb ein vergleichender Ansatz vorgeschlagen, mit dem die neuronalen Codes und übergeordneten Verarbeitungsprinzipien des Arbeitsgedächtnisses in konvergent evolvierten assoziativen Endhirnstrukturen von Mensch, Affe und Krähe entschlüsselt werden sollen. Um optimale Vergleichbarkeit der neuronalen Daten zu gewährleisten, werden alle drei Spezies die gleiche kontrollierte und anspruchsvolle Verhaltensaufgabe durchführen, in der das Arbeitsgedächtnis durch Distraktoren gestört werden wird. Auf der Grundlage intrakranialer elektrophysiologischer Ableitungen in Kombination mit neuronaler Netzwerkmodellierung sollen diejenigen Codes identifiziert werden, die sich im Laufe der Vertebratenevolution – und unabhängig von der jeweiligen Endhirnentwicklung - als überlegen herausgestellt haben. Dieser ambitionierte evolutionäre Ansatz zur Erforschung von Prinzipien neuronalen Verarbeitung, der parallel in drei anspruchsvollen Spezies durchgeführt werden soll, setzt sowohl wissenschaftliche Kooperationen als auch eine Langzeitperspektive über sechs Jahre voraus, wie sie vom Schwerpunktprogramm in Aussicht gestellt wird.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2205: Evolutionäre Optimierung neuronaler Systeme