Die Nachwuchsgruppe Perception and Plasticity (PPG)

Willkommen bei der Nachwuchsgruppe Perception and Plasticity (PPG), geleitet von Dr. Caspar M. Schwiedrzik. Die PPG beschäftigt sich mit den neuronalen Grundlagen von Lernprozessen. Der Schwerpunkt der Forschung, die parallel auch in der Arbeitsgruppe Neural Circuits and Cognition am European Neuroscience Institute Göttingen stattfindet, liegt dabei im visuellen System und in der Frage, wie neuronale Plastizität verbesserte Wahrnehmung bedingt. 

Die PPG ist der Abteilung Kognitive Neurowissenschaften von Prof. Stefan Treue am DPZ angegliedert. Unsere Gruppe besteht am DPZ seit Februar 2019 und ist eine Kooperation mit dem European Neuroscience Institute Göttingen, einer gemeinsamen Initiative der Max Planck Gesellschaft und der Universitätsmedizin Göttingen (UMG). Gegenwärtig sind wird durch das Emmy Noether Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie einen ERC Starting Grant („VarPL“, 802482) gefördert.

Dauerhafte Änderungen des Verhaltens erfordern eine grundlegende Fähigkeit: Lernen. Durch Lernen erwerben wir mentale Modelle unserer Umwelt, abstrahieren Prinzipien, die uns von der spezifischen Lernerfahrung befreien, und haben die Möglichkeit zu extrapolieren und zu verallgemeinern. Solche mentalen Modelle helfen, den Eingang von Informationen aus unserer Umwelt zu organisieren, vorhersagbar zu machen, und zu komprimieren, kurz, uns unserer Umwelt anzupassen. Anders als Computer ist das Gehirn das einzige bekannte System, das anhand von nur einem Beispiel lernen kann. Was macht Gehirne so bemerkenswert und was bedingt diese außergewöhnliche Fähigkeit? 

Wir gehen der Frage nach, wie mentale Modelle physiologisch verwurzelt sind, besonders wo und wie gelernte mentale Modelle im Gehirn gespeichert sind und wie sie sich in optimale Entscheidungen und Handlungen umsetzen lassen. Wir verfolgen eine multimodale Herangehensweise basierend auf elektrophysiologischen und bildgebenden Verfahren, die beim Menschen und bei Makaken parallel durchgeführt werden. So wollen wir allgemeine Prinzipien und/oder artspezifische neuronale Lösungen für das Lernproblem erforschen. Wir konzentrieren uns dabei auf das visuelle System der Primaten. Derzeit verfolgen wir zwei Hauptprojekte, die eng miteinander verknüpft sind und darauf abzielen, die Prinzipien und Mechanismen zu verstehen, die das Erlernen abstrakter mentaler Modelle ermöglichen (finanziert durch den ERC Starting Grant 802482, “Specificity or generalization? Neural mechanisms for perceptual learning with variability”), und wie diese Modelle verwendet werden, um Vorherzusagen über unsere sensorische Umwelt zu treffen (Emmy Noether Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft, “Feedback as the way forward: sensory predictions in the primate face processing hierarchy”). 

1. Ivanov V, Manenti GL, Plewe SS, Kagan I, Schwiedrzik CM (2024) Decision-making processes in perceptual learning depend on effectors. Nature Scientific Reports 7:14(1), 5644
   DOI: 10.1038/s41598-024-55508-5
2. Manenti G, Dizaji A, Schwiedrzik C (2023) Variability in training unlocks generalization in visual perceptual learning through invariant representations. Current Biology 
   DOI: 10.1016/j.cub.2023.01.011.
3. Schwiedrzik CM & Sudmann SS (2020) Pupil Diameter Tracks Statistical Structure in the Environment to Increase Visual Sensitivity. Journal of Neuroscience 40(23): 4565-4575.
4. Schwiedrzik CM, Sudmann SS, Thesen T, Wang X, Groppe DM, Mégevand P, Doyle W, Mehta AD, Devinsky O, Melloni L (2018). Medial prefrontal cortex supports perceptual memory. Current Biology, 28(18): R1094-R1095.
5. Schwiedrzik CM, Freiwald WA (2017). High-level prediction signals in a low-level area of the macaque face-processing hierarchy. Neuron, 96(1): 89-97.e4. 
6. Schwiedrzik CM, Zarco W, Everling S, Freiwald WA (2015) Face patch resting state networks link face processing to social cognition. PLoS Biology, 13(9): e1002245.

1. Ivanov V, Manenti GL, Plewe SS, Kagan I, Schwiedrzik CM (2024) Decision-making processes in perceptual learning depend on effectors. Nature Scientific Reports 7:14(1), 5644
   DOI: 10.1038/s41598-024-55508-5
2. Karami B, Schwiedrzik CM (2024) Visual perceptual learning of feature conjunctions leverages non-linear mixed selectivity. npj Sci. Learn. 9, 13
   DOI: 10.1038/s41539-024-00226-w
3. Deen B, Schwiedrzik C, Sliwa J, Freiwald WA (2023) Specialized Networks for Social Cognition in the Primate Brain, Annual Review of Neuroscience, 46:381–401 
   DOI: 10.1146/annurev-neuro-102522-121410
4. Manenti G, Dizaji A, Schwiedrzik C (2023) Variability in training unlocks generalization in visual perceptual learning through invariant representations. Current Biology, 33(5), 817–826.e3
   DOI: 10.1016/j.cub.2023.01.011
5. Mercier MR, Dubarry AS, Tadel F, Avanzini P, Axmacher N, Cellier D, ... Schwiedrzik CM, ...& Oostenveld R (2022). Advances in human intracranial electroencephalography research, guidelines and good practices. NeuroImage, 119438.
6. Feulner, B, Postin D, Schwiedrzik CM, Pooresmaeoili A (2021). Previous motor actions outweigh sensory information in sensorimotor learning. eNeuro, 8(5) ENEURO. 0032-21.2021.
7. Liashenko A, Dizaji AS, Melloni L, Schwiedrzik CM (2020). Memory guidance of value-based decision making at an abstract level of representation. Scientific Reports 10: 21496.
8. Schwiedrzik CM & Sudmann SS (2020). Pupil Diameter Tracks Statistical Structure in the Environment to Increase Visual Sensitivity. Journal of Neuroscience 40(23): 4565-4575.
9. Schwiedrzik CM, Sudmann SS, Thesen T, Wang X, Groppe DM, Mégevand P, Doyle W, Mehta AD, Devinsky O, Melloni L (2018). Medial prefrontal cortex supports perceptual memory. Current Biology, 28(18): R1094-R1095.
10. Auksztulewicz R, Schwiedrzik CM, Thesen T, Doyle W, Devinsky O, Nobre AC, Schroeder CE, Friston KJ, Melloni L (2018). Not all predictions are equal: ‘what’ and ‘when’ predictions modulate activity in auditory cortex through different mechanisms. Journal of Neuroscience, 38(40): 8680-8693. 
11. Milham MP, Ai L, Koo B, Xu T, Amiez C, Balezeau F, Baxter MG, Blezer ELA, Brochier T, Chen A, Croxon PL, Damatac CG, Dehaene S, Everling S, Fair DA, Fleysher L, Freiwald WA, Froudist-Walsh S, Griffiths TD, Guedj C, Hadj-Bouziane F, Ben Hamed S, Harel N, Hiba B, Jarraya B, Jung B, Kastner S, Klink PC, Kwok SC, Laland KN, Leopold DA, Lindenfors P, Mars RB, Menon RS, Messinger A, Meunier M, Mok K, Morrison JH, Nacef J, Nagy J, Ortiz Rios M, Petkov CI, Pinsk M, Poirier C, Procyk E, Rajimehr R, Roelfsema PR, Rudko DA, Rushworth MFS, Russ BE, Sallet J, Schmid MC, Schwiedrzik CM, Seidlitz J, Sein J, Shmuel A, Sullivan EL, Thiele A, Todorov OS, Tsao D, Ungerleider L, Wang Z, Wilson CE, Yacoub E, Ye FQ, Zarco W, Zhou Y, Margulies DS, Schroeder CE (2018). An open resource for non-human primate imaging. Neuron, 100(1): 61-74.e2. 
12. Schwiedrzik CM, Melloni L, Schurger A (2018). Mooney face stimuli for visual perception research. PLoS One, 13(7): e0200106.
13. Gorman A*, Deh K*, Schwiedrzik CM, White J, Groman EV, Fisher C, McCabe Gillen K, Spincemaille P, Rasmussen S, Prince MR, Voss HU, Freiwald WA, Wang Y (2018). Brain iron distribution after multiple doses of ultra-small superparamagnetic iron oxide particles in rats. Comparative Medicine, 68(2): 139-147. (* shared first authorship)
14. Schwiedrzik CM, Freiwald WA (2017). High-level prediction signals in a low-level area of the macaque face-processing hierarchy. Neuron, 96(1): 89-97.e4. 
15. Schwiedrzik CM, Bernstein B, Melloni L (2016). Motion along the mental number line reveals shared representations for numerosity and space. eLife, 5: e10806. 
16. Mayer A, Schwiedrzik CM, Wibral M, Singer W, Melloni L (2016). Expecting to see a letter: alpha oscillations as carriers of top-down sensory predictions. Cerebral Cortex, 26(7): 3146-60. 
17. Schwiedrzik CM, Zarco W, Everling S, Freiwald WA (2015). Face patch resting state networks link face processing to social cognition. PLoS Biology, 13(9): e1002245. 
18. Schwiedrzik CM, Ruff CC, Lazar A, Leitner FC, Singer W, Melloni L (2014). Untangling perceptual memory: hysteresis and adaptation map into separate cortical networks. Cerebral Cortex, 24(5): 1152-64. 
19. Schwiedrzik CM, Singer W, Melloni L (2011). Subjective and objective learning effects dissociate in space and in time. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 108(11): 4506-4511. 
20. Melloni L, Schwiedrzik CM, Müller N, Rodriguez E, Singer W (2011). Expectations change the signatures and timing of electrophysiological correlates of perceptual awareness. Journal of Neuroscience, 31(4): 1386-1396.
21. Alink A, Schwiedrzik CM, Kohler A, Singer W, Muckli L (2010). Stimulus predictability reduces responses in primary visual cortex. Journal of Neuroscience, 30(8): 2960-2966.
22. Schwiedrzik CM, Singer W, Melloni L (2009). Sensitivity and perceptual awareness increase with practice in metacontrast masking. Journal of Vision, 9(10):18, 1-18. 
23. Schwiedrzik CM, Alink A, Kohler A, Singer W, Muckli L (2007). A spatio-temporal interaction on the apparent motion trace. Vision Research, 47(28): 3424-33.

1. Mercier MR, Dubarry AS, Tadel F, Avanzini P, Axmacher N, Cellier D, ... Schwiedrzik CM, ...& Oostenveld R (2022). Advances in human intracranial electroencephalography research, guidelines and good practices. NeuroImage, 119438.
2. The PRIMEatE Data and Resource Exchange (PRIME-DRE) Global Collaboration Workshop and Consortium (2021). Towards next generation primate neuroscience: a collaboration-based strategic plan for integrative neuroimaging. Neuro. (online ahead of print) https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.10.015
3. Autio JA, Zhu Q, Li X, Glasser MF, Schwiedrzik CM, Fair DA, Zimmermann J, Yacoub E, Menon RS, Van Essen DC, Hayashi T, Russ B, Vanduffel W. (2021) Minimal Specifications for Non-Human Primate MRI: Challenges in Standardizing and Harmonizing Data Collection. Neuroimage. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2021.118082
4. Milham M, Petkov CI, Margulies DS, Schroeder CE, Basso MA, Belin P, Fair DA, Fox A, Kastner S, Mars RB, Messinger A, Poirier C, Vanduffel W, Van Essen DC, Alvand A, Becker Y, Ben Hamed S, Benn A, Bodin C, Boretius S, Cagna B, Coulon O, El-Gohary SH, Evrard H, Forkel SJ, Friedrich P, Froudist-Walsh S, Garza-Villarreal EA, Gao Y, Gozzi A, Grigis A, Hartig R, Hayashi T, Heuer K, Howells H, Jan Ardesch D, Jarraya B, Jarrett W, Jedema HP, Kagan I, Kelly C, Kennedy H, Klink PC, Kwok SC,  Leech R, Liu X, Madan C, Madushanka W, Majka P, Mallon A-M, Marche K, Meguerditchian A, Menon RS, Merchant H, Mitchell A, Nenning K-H, Nikolaidis A, Ortiz-Rios M, Pagani M, Pareek V, Prescott M, Procyk E, Rajimehr R, Rautu I-S, Raz A, Roe AW, Rossi-Pool R, Roumazeilles L, Sakai T, Sallet J, García-Saldivar P, Sato C, Sawiak S, Schiffer M, Schwiedrzik CM, Seidlitz J, Sein J, Shen Z-M, Shmuel A, Silva AC, Simone L, Sirmpilatze N, Sliwa J, Smallwood J, Tasserie J, Thiebaut de Schotten M, Toro R, Trapeau R, Uhrig L, Vezoli J, Wang Z, Wells S, Williams Bm Xu T, Xu AG, Yacoub E, Zhan M, Ai L, Amiez C, Balezeau F, Baxter MG, Blezer ELA, Brochier T, Chen A, Croxson PL, Damatac CG, Dehaene S, Everling S, Fleysher L, Freiwald W, Griffiths TD, Guedj C, Hadj-Bouziane F, Harel N, Hiba B, Jung B, Koo B, Laland KN, Leopold DA, Lindenfors P, Meunier M, Mok K, Morrison JH, Nacef J, Nagy J, Pinsk M, Reader SM, Roelfsema MC, Rudko DA, Rushworth MFS, Russ BE, Schmid MC, Sullivan EL, Thiele A, Todorov OS, Tsao D, Ungerleider L, Wilson CRE, Ye FQ, Zarco W, Zhou Y-D (2020): Accelerating the evolution of nonhuman primate neuroimaging. Neuron 105 (4): P600-P603.
5. Snyder J, Schwiedrzik CM, Vitela AD, Melloni L (2015). How previous experience shapes perception in different sensory modalities. Frontiers in Human Neuroscience, 9: 594. 
6. Schwiedrzik CM* (2015). What’s up with prefrontal cortex? A commentary on John-Dylan Haynes. Open MIND: 17(C). Frankfurt am Main: MIND Group; reprinted by MIT Press. (* invited) 
7. Melloni L*, Schwiedrzik CM*, Rodriguez E, Singer W (2009). (Micro)Saccades, corollary activity and cortical oscillations. Trends in Cognitive Sciences, 13(6): 239-245. (* shared first authorship)
8. Schwiedrzik CM (2009). Retina or visual cortex? The site of phosphene induction by transcranial alternating current stimulation. Frontiers in Integrative Neuroscience, 18;3: 6. 
9. Melloni L, Schwiedrzik CM, Wibral M, Rodriguez E, Singer W (2009). Response to: Yuval-Greenberg et al., “Transient induced gamma-band response in EEG as a manifestation of miniature saccades”, Neuron 58, 429-441. Neuron, 62(1): 8-10.

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