Kognitive und Neurophysiologische Repräsentationen physikalisch unmöglicher Räume

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Gramann; Dr. Christopher Hilton
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Biologische Psychologie und Kognitive Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511678193

In unserer Umgebung zu navigieren ist eine der wichtigsten Fähigkeiten, die mobile Spezies im Laufe der Evolution entwickelt haben. Hierfür stellt das menschliche Gehirn umfangreiche neuronale Ressourcen zur Verfügung. Trotz großer Fortschritte hinsichtlich des Verständnisses der neuronalen Grundlagen räumlicher Navigation, ist noch nicht geklärt, welche Form die kognitive Repräsentation der Umgebung aufweist. Es gibt zwei dominante Theorien, die entweder von einer kognitiven Karte mit zugrundeliegendem Euklidischen Referenzsystem mit metrischer Information ausgehen, oder aber von einer kognitiven Graphen-Repräsentation, in der lokales räumliches Wissen in unabhängigen Einheiten ohne konsistente metrische Relation zwischen den Knotenpunkten gespeichert wird. In diesem Forschungsprojekt untersuchen wir (1) ob menschliche Navigator:innen räumliches Wissen in einer oder mehreren Formen räumlicher Repräsentation integrieren, (2) ob das Format dieser Repräsentationen mit den Prinzipien kognitiven Karten oder kognitiver Graphen erklärt werden kann und (3) welchen Einfluss sensorische Informationen auf den Erwerb räumlichen Wissens ausüben, indem wir Navigation mit Ganzkörperbewegung durch den Raum mit der Navigation durch identische Räume in stationären Versuchsprotokollen kontrastieren. Hierzu kombinieren wir Methoden, die in der Forschung zuvor nur unabhängig verwendet wurden. Wir nutzen (1) mobile Elektroenzephalographie (EEG) zur Messung menschlicher Hirnaktivität während aktiver Navigation im Vergleich zu traditionellen EEG-Messungen in stationären Versuchspersonen; (2) wir verwenden Virtual Reality Paradigmen, mit Räumen, die in der wahren Welt nicht möglich wären (physikalisch unmögliche Räume); Letztlich (3) kombinieren wir head mounted VR-Technologie (HMDs) mit Bewegungs-, Positions- und Augenbewegungsmessungen, um Navigation durch mögliche und unmögliche Räume zu untersuchen. In einer Serie von Experimenten nutzen wir VR-Umgebungen, in denen die durch rein visuelle (Desktop) oder aber durch alle sensorischen Kanäle (MoBI) vermittelte metrische Information mit der tatsächlichen Position im Raum (mögliche Räume) übereinstimmt oder aber die virtuelle von der realen Position abweicht (unmögliche Räume). Die experimentelle Logik ergibt, dass physikalisch unmögliche Räume zu Schwierigkeiten führen, wenn diese als metrische kognitive Karte nicht aber als kognitiver Graph repräsentiert werden. Die Navigation erfolgt entweder mit Ganzkörperbewegung oder an einem Bildschirm ohne Bewegung, um den Einfluss von bewegungsabhängigem sensorischem Feedback auf die neuronale und kognitive Repräsentation untersuchen zu können. Hierzu wird Mobile Brain/Body Imaging mit datengetriebenen Analyseansätzen in Verbindung mit Ganzkörperbewegungsmessungen und Augenbewegungen kombiniert um einen multimodalen Ansatz zur Untersuchung räumlicher Navigation zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen