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Kortikale Repräsentation von Bewegungsintentionen


Handbewegungen von Primaten sind komplexe und hochgradig kognitive Verhaltensweisen. Die präzise Planung dieser Bewegungen erfordert die Integration sensorischer Informationen mit internen Signalen wie Willens- und Gedächtnisprozessen, um passende Handbewegungen zu erzeugen. Unsere Forschung zielt darauf ab, zu verstehen, wie das Gehirn von Primaten Handbewegungen steuert, wobei der Fokus auf den übergeordneten Gehirnregionen des parietalen Kortex (anteriores intraparietales Areal, AIP) und des prämotorischen Kortex (Areal F5) liegt. 

Zur Untersuchung der kortikalen Verarbeitung verwenden wir die moderne Technologie der ‚Neuropixel-Probes‘, welche die gleichzeitige Messung der Aktivität von Hunderten von Nervenzellen ermöglichen. Mit diesen Sonden können verschiedene Bereiche des kortikalen Greifnetzwerks mit hoher räumlicher Auflösung und Genauigkeit untersucht werden. Dieser Ansatz ermöglicht auch eine hocheffiziente Erfassung neuronaler Daten, wodurch die Anzahl der Messtage erheblich reduziert und folglich die Belastung der Versuchstiere minimiert wird.

Durchführung und Beobachtung von Greifbewegungen im sozialen Kontext

Seit der Entdeckung der Spiegelneurone und der Identifizierung sozialer Beobachtungsnetzwerke im fronto-parietalen Kortex (Areale AIP und F5) von Primaten wurde viel darüber spekuliert, welche Rolle dieses Netzwerk in der sozialen Kognition spielt. Das Verstehen der Handlungen anderer ist unbestreitbar wichtig für die soziale Kognition, da es das Verhalten eines Individuums prägen und soziale Interaktionen beeinflussen kann. Um die neuronalen Grundlagen der sozialen Wahrnehmung von Handlungen zu untersuchen, führen wir umfangreiche elektrophysiologische Messungen durch, während die Affen entweder Greifbewegungen ausführen oder die von anderen ausgeführten Greifbewegungen beobachten. 

Unsere Ableitungen erfassen die Aktivität von neuronalen Populationen in parietalen und frontalen Arealen in zwei unterschiedlichen Testsituationen:

- In einer kontrollierten Laborumgebung, in der die Affen Objekte greifen oder auf einem Videobildschirm beobachten, wie andere Objekte greifen.

- Auf der Dyadischen Interaktionsplattform, bei der zwei Affen gegenseitig ihre Greifbewegungen beobachten und die gewonnenen Informationen zur Planung eigener motorischer Handlungen nutzen.

Wir untersuchen die Ähnlichkeiten in der Aktivierung von Populationen von Nervenzellen während der Handlungsplanung und Handlungsdurchführung auf der einen sowie während der Beobachtung von Handlungen auf der anderen Seite. Unsere Ergebnisse zeigen, dass neuronale Populationen selbst generierte und beobachtete Handbewegungen in unterschiedlichen neuronalen ‚Subspaces‘ (unterschiedliche latente Variablen innerhalb des Netzwerks) repräsentieren, obwohl einzelne Neurone zu beiden Prozessen beitragen können.