Sinnesrennen zwischen motorisch gesteuerten Hirnregionen zur Koordinierung der Reaktione auf die Auenßenwelt

01.08.2021 bis 31.07.2024

Die Interaktion mit der Umgebung erfordert ein feines Gleichgewicht
zwischen der Verfolgung interner Ziele und der Aufrechterhaltung der
Sensibilität gegenüber externen Ereignissen. Seit den 1980iger Jahren liegt
das Hauptaugenmerk in den kognitiven Neurowissenschaften darauf, zu
untersuchen, wie das Gehirn als Reaktion auf ein externes Ereignis das
geeignete Verhalten auswählt. Daher wurden als primärer experimenteller
Ansatz hochgradig kontrollierte “Trials" durchgeführt, in denen die Reaktion
auf spezifische sensorische Ereignisse gemessen wird. Unabhängig davon,
wie gut kontrolliert experimentelle Ereignisse innerhalb eines Versuchs sind,
kommt der Versuchsbeginn selbst notwendigerweise asynchron zum
laufenden internen Gehirnzustand. Dadurch entsteht eine sogenannte "Race
Condition" zwischen der Verarbeitung der neuen externen Informationen und
dem Abschluss der internen Pläne. Im vorliegenden Forschungsvorschlag
werden wir diese "Race Condition" in der visuellen Modalität durch
Augenbewegungen untersuchen. Wir argumentieren, dass, bevor eine
orientierende Augenbewegungsreaktion auf die Außenwelt erfolgen kann,
zunächst eine Unterbrechung der internen laufenden Prozesse stattfinden
muss. Wir werden die neurophysiologischen Grundlagen untersuchen, die
einem frühen und automatischen Unterbrechungsprozess zugrunde liegen,
der durch exogene Ereignisse verursacht wird. Unsere Haupthypothese ist,
dass die Ausstattung von Neuronen am Rande des motorischen
Kontrollsystems mit früher visueller Sensibilität dabei helfen könnte, die
Entscheidung zu koordinieren, ob man sich am äußeren Reiz orientiert oder
ob man zuerst eine bereits geplante Bewegung vollständig ausführt. Zu
diesem Zweck werden wir die “Omnipause-Neuronen” (OPNs) im tiefen
Hirnstamm untersuchen, die Augenbewegungen zulassen, wenn sie ihre
Aktivität pausieren. Wir werden zeigen, dass OPNs ein umfangreiches und
faszinierendes Repertoire an visuellen Reaktionen aufweisen. Ihre
hemmenden Eigenschaften zusammen mit ihrer visuellen Sensibilität
machen sie zum perfekten Kandidaten, um die Unterbrechung des
laufenden okulomotorischen Verhaltens bei einer Reaktion auf exogene
Stimuli zu unterstützen. Auf der anderen Seite unterstützen sensorische
Eigenschaften in einer Nachbarstruktur, dem Superior Colliculus (SC), das
Orientierungsverhalten. Der transformative Aspekt dieser Studie besteht
darin, dass traditionelle Interpretationen der funktionalen Rollen der
motorischen Kontrollstrukturen im unteren Hirnstamm stark umgestaltet
werden. Darüber hinaus kann das hier untersuchte Konzept der
Unterbrechung eine Vielzahl neurophysiologischer Beobachtungen klären,
die sich nicht nur auf die okulomotorischen Kontrollschaltkreise, sondern
auch auf kognitive und Wahrnehmungsprozesse beziehen und eine tiefere
Erklärung einiger der klassischsten kognitiven Befunde der
Aufmerksamkeitsliteratur sowie Befunde im Zusammenhang mit
Entscheidungsprozessen liefern, die der offenen Orientierung zugrunde
liegen.