Periphere bis foveale korti-kokollikuläre Verarbeitung visueller Informationen über Augenbewegungen hinweg

01.02.2024 bis 28.02.2027

Sakkadische Augenbewegungen verursachen aufgrund der Schnelligkeit, mit der sie Bilder der Umgebung auf die Netzhaut übertragen, erhebliche visuelle Unsicherheit. Da ein großer Teil des visuellen Systems retinotopisch organisiert ist, erleben Neurone, die die foveale Netzhautregion repräsentieren, jedes Mal, wenn eine Sakkade stattfindet, einen anderen post-sakkadischen Szenenabschnitt als den, den sie vor Beginn der Augenbewegung erleben. Dies und die Tatsache, dass der post-sakkadische sensorische Input erst lange nach Beginn der Augenbewegung eintrifft (aufgrund der langen afferenten Verarbeitungsverzögerungen), legt die Notwendigkeit eines Mechanismus zur Überbrückung der trans-sakkadischen visuellen Verarbeitung nahe. Eine solche Überbrückung muss sowohl zeitlich (über die Dauer der Sakkaden) als auch räumlich (Verknüpfung eines retinotopisch peripheren präsakkadischen Bildes des Augenbewegungsziels mit einer fovealen postsakkadischen Version davon) erfolgen. Die transakkadische Übertragung visueller Informationen von der Peripherie zur Fovea zwischen verschiedenen retinotopisch organisierten Neuronenpopulationen könnte ein Mittel sein, um genau eine solche Brücke zu realisieren. Wir werden die kortikalen und subkortikalen Mechanismen entschlüsseln, die mit der trans-sakkadischen Übertragung visueller Informationen von der Peripherie zur Fovea verbunden sind. Wir werden zeigen, dass es eine prädiktive Neuzuordnung von peripheren visuellen Informationen eines stabilen Sakkaden-Ziels zu fovealen visuellen Repräsentationen sowohl im Colliculus superior (SC) als auch im primären visuellen Kortex (V1) gibt. Wir werden auch kausal zeigen, dass ein solches Re-Mapping in den motorischen Bursts des SC selbst ausgelöst werden kann. Diese Initialzündung erfolgt durch die Einbettung eines sensorisch abgestimmten Signals in die motorischen SC-Bursts, was bedeutet, dass die Sakkadenbefehle im SC gleichzeitig auch das visuelle Erscheinungsbild der peripheren Sakkadenziele repräsentieren. Wir argumentieren, dass die motorischen Bursts des SC mit einem solchen sensorischen Abstimmungssignal ausgestattet sind, das es dem SC ermöglicht, den visuellen Bereichen eine periphere Szenenvorschau zur Überbrückung der Wahrnehmung zu liefern: Da die motorischen Bursts des SC zeitlich mit den Sakkaden zusammenfallen, ist diese Szenenvorschau genau dann verfügbar, wenn das Sehen (über die sensorische Afferenz) am unsichersten ist. Da der SC aufsteigende Rückkopplungsprojektionen zum Kortex hat, werden wir schließlich untersuchen, ob die sensorisch abgestimmte motorische Burst-Aktivität des SC für die transakkadische Neuzuordnung von visuellen Merkmalen zur Fovea auf kortikaler Ebene entscheidend ist, oder ob kortiko-kortikale Interaktionen (vielleicht über das Areal V4) ausreichend sind. Unsere Experimente werden neue mechanistische Erkenntnisse über die periphere bis foveale kortiko-kollikuläre Verarbeitung visueller Informationen über Augenbewegungen hinweg liefern.