The role of the cerebellum in the control of saccades as a window into neural mechanisms of movement optimization

01.06.2017 bis 28.02.2021

Unsere früheren Arbeiten über den okulomotorischen Vermis (OMV), einen umschriebenen Teil des Kleinhirns, hatten etablieren können, dass die neuronale Maschinerie des OMV die wesentliche Grundlage rascher Anpassungen der Kinematik zweier komplementärer Formen zielgerichteter Augenbewegungen (Sakkaden und langsame Augenfolgebewegungen (AFB)) ist, wenn eine ungenügende Güte der Augenbewegungen kurzfristig Korrekturen der jeweiligen Kontrollsignale erfordert (short-term learning). Wir haben in unseren Experimenten in der ersten Förderperiode zeigen können, dass der OMV überraschenderweise dieselben Purkin-jezellen für die Vermittlung von Kontrollsignalen für Sakkaden und für AFBs einsetzt, ohne hierdurch die Beschränkung von Lerneffekten auf den ein oder anderen Typus zielgerichteter Augenbewegungen zu gefährden. Die Nutzung solcher Hybrid-Purkinjezellen in der Kontrolle der zwei Formen zielgerichteter Augenbewegungen muss überraschen, wenn man bedenkt, dass sich die kinematischen Profile von Sakkaden und AFBs grundsätzlich unterscheiden. Ihre Existenz hat Konsequenzen für die Frage wie sakkaden- und AFB-bezogene Eingänge im Dendritenbaum integriert werden sollten und erfordert grundsätzlich sehr spezifische neuronale Architekturen im OMV. In einer zweiten Serie von Experimenten, die der Frage galt, wie und in welchem Maße Lerneffekte konserviert werden, wenn sich die spezifischen Anforderungen an eine Augenbewegung von einem Augenblick zum nächsten verändern, konnten wir weitere Argumente für unsere These finden, dass die Maschinerie, die es dem OMV erlaubt, kurzfristig die Metrik und Kinematik zielgerichteter Augenbewegungen zu verändern, im täglichen Leben dazu dient, kognitive Ermüdungen zu kompensieren. Mit kognitiver Ermüdung meinen wir in erster Linie die Veränderungen der Kinematik infolge von Fluktuationen und generell Veränderungen des subjektiven Wertes der Bewegung und des Bewegungszieles. Wir schlagen für die neue Förderperiode Untersuchungen vor, die im Sinne eines kritischen Experimentes die Hypothese prüfen sollen, dass der OMV kognitive Ermüdung kompensiert, indem er Informationen über den Bewegungswert nutzt, um zweckdienliche Anpassungen von Kontrollsignalen für Sakkaden zu ermöglichen.