Gerüst für Gehirnoperationen (BETATEST)

Das Gehirn trifft ständig Entscheidungen auf der Grundlage von Wahrnehmungseingaben sowie internen Signalen, wägt Informationen schnell ab und verarbeitet sie, was zu zielgerichtetem Verhalten führt. Ein zentraler Aspekt all dieser Prozesse ist die Kommunikation, also die Übertragung von Informationen von einem Gehirnnetzwerk zum nächsten. Wir beginnen jedoch erst zu verstehen, wie das Gehirn dies bewerkstelligt. Hier schlagen die Forscher vor, genau dieser Frage nachzugehen. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts besteht darin, aufzuklären, wie das Gehirn die funktionale neuronale Architektur aufbaut, die am Arbeitsgedächtnis und an der Entscheidungsfindung beteiligt ist. Die Forscher argumentieren, dass Gehirnschwingungen im Beta-Frequenzband 1530 Hz eine entscheidende Rolle bei der Bildung flexibler neuronaler Ensembles spielen. Die Forscher schlagen einen neuartigen theoretischen Rahmen vor, der beschreibt, wie der Beta-Rhythmus flexibel transiente Netzwerke aufbaut und neuronale Schaltkreise verbindet, die für aktuelle Aufgabenanforderungen relevant sind, insbesondere im Hinblick auf die endogene Informationsverarbeitung, z. B. Arbeitsgedächtnis, Entscheidungsfindung. Aus dieser Sicht stellt Beta das Gerüst für die Informationsübertragung dar und leitet Informationen durch das Gehirn weiter, indem relevante Knoten vorübergehend verbunden werden, sodass ein Informationsaustausch stattfinden kann. Die Forscher schlagen vor, dass der Beta-Rhythmus kurzzeitig ein neuronales Ensemble aktiviert, das es ihm ermöglicht, seine in der Bevölkerungsspitzenaktivität kodierte Botschaft so auszusenden, dass sie effizient und effektiv empfangen werden kann. Um diesen Rahmen zu testen, besteht das Ziel hier darin, (1) die Rolle von Beta-Oszillationen bei der Bildung dynamischer neuronaler Ensembles und ihre Beziehung zur Verhaltensleistung zu untersuchen, (2) die zugrunde liegende Physiologie auf Schaltkreisebene der Beta-vermittelten Ensemble-Bildung zu identifizieren und ( 3) die Allgemeingültigkeit der beta-vermittelten Ensemblebildung feststellen und nicht-invasive Biomarker identifizieren. Die Forscher werden eine Kombination aus EEG-Aufzeichnungen bei gesunden Menschen sowie intrakranieller Elektrophysiologie und optogenetischer Neuromodulation bei wachen Nagetieren verwenden. Sowohl menschliche Subjekte als auch Tiere werden ein räumliches Arbeitsgedächtnisparadigma anwenden, das entscheidend eine vertikale Integration über Aufnahmeebenen hinweg ermöglicht. Menschliche Probanden werden zusätzlich Arbeitsgedächtnisaufgaben in verschiedenen sensorischen Modalitäten und auf höheren Abstraktionsebenen durchführen, um die Generalisierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten und die Identifizierung von Biomarkern zu ermöglichen, die in zukünftigen Patientenstudien verwendet werden sollen. Dieser Ansatz soll zentrale mechanistische Fragen beantworten, wie lokale Ensembles gebildet und wie diese moduliert werden. Entscheidend ist, dass die Forscher die Auswirkungen dieser Mechanismen auf das Verhalten bestimmen. Das Projekt wird grundlegende Erkenntnisse liefern, die die Grundlage für weitere detaillierte Untersuchungen an gesunden Menschen und Patienten mit eingeschränkter Beta-Funktion und kognitiver Beeinträchtigung, beispielsweise bei der Parkinson-Krankheit und Schizophrenie, bilden.