Abteilung Psychologie

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Aktuelles aus der Abteilung

Activation and disruption of a neural network for learning choice values and for making novel decisions

Decision making is not just guided by immediately available sensory evidence but by information held in memory. In this talk I will review some recent studies that have used a combination of fMRI and transcranial ultrasound stimulation to both record from and perturb frontal cortical brain circuits for decision making in macaques. Activity patterns in different parts of cingulate and prefrontal areas appear to guide different types of decision making. For example, a region on the border of the orbitofrontal and ventrolateral prefrontal cortex, area 47/12o, is active when learning precise outcome associations for specific objects. These reward associations can be retrieved and used to guide decision making when the same objects are encountered again in the future. This ability is changed by disruption of 47/12o. However, in other situations animals construct an estimate of a choice’s value when it is encountered for the first time on the basis of its similarities with previously encountered options. In a second experiment macaques learned that attributes of visual stimuli predicted either reward magnitude or probability. After extensive training, activity in orbitofrontal cortex tracked the value of the stimuli. Animals were, however, also able to combine information about both attributes when they encountered novel stimuli comprising features of both original stimulus sets. The ability to make such novel decisions was related to activity in an anterior medial frontal cortical region that is homologous to one identified in many human neuroimaging experiments. Some features of the activity suggested a grid-like encoding of an abstract value space occurred in these regions. Temporary disruption of this area compromised monkeys’ ability to make novel decisions.

Bitte kontaktieren Sie uns unter psy-office@cbs.mpg.de, wenn Sie an einer Teilnahme interessiert sind. mehr
Stephanie Theves hat am 23.06.2020 erfolgreich ihre Doktorarbeit mit dem Titel: "Mapping conceptual knowledge acquisition in the hippocampal system" an der Radboud University in Nijmegen in den Niederlanden verteidigt. Herzlichen Glückwunsch! mehr
Unser neues Paper zusammen mit Professor Roberto Bottini ist in Trends of Cognitive Science erschienen. Weitere Informationen dazu finden Sie auf der englischen Version dieser Webseite. mehr
Unser neues Paper ist im Journal of Cognitive Neuroscience erschienen. Weitere Informationen dazu finden Sie auf der englischen Version dieser Webseite.
Photo by Daniele Levis Pelusi on Unsplash mehr
Radio-Interview mit Chrisian Doeller und Stephanie Theves mehr

 

Neueste Pressemitteilungen der Abteilung

Erfolgreiche Navigation erfordert die Fähigkeit, Erinnerungen kontextabhängig zu trennen. Um zum Beispiel verlorene Schlüssel zu finden, muss man sich zunächst daran erinnern, ob man die Schlüssel in der Küche oder im Büro liegen gelassen hat. Wie ruft das menschliche Gehirn die kontextabhängigen Erinnerungen ab, die das Verhalten steuern? Josh Julian vom Princeton Neuroscience Institute der Princeton University und Christian Doeller vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig fanden in einer kürzlich in Nature Neuroscience publizierten Studie heraus, dass die Modulation von kartenähnlichen Repräsentationen in der Hippocampus-Formation unseres Gehirns den kontextuellen Gedächtnisabruf in einer mehrdeutigen Umgebung vorhersagen kann. [mehr]
Wie repräsentiert das Gehirn unser Wissen über die Welt, sodass wir es flexibel nutzen können, um unbekannte Situationen zu interpretieren oder auf Zusammenhänge zu schließen, die wir nie direkt erlebt haben? Ein Mittel, konzeptuelles Wissen zu organisieren, wäre eine Art interne Landkarte, in der sich verschiedene Merkmale in einer Art Koordinatensystem aufspannen.  Ob ein unbekanntes Tier fliegen kann, lässt sich dann aus der Nähe zu bekannten Lebewesen ableiten. Die Karte muss dabei dynamisch auf die Merkmale angepasst werden, die gerade für das jeweilige Konzept wichtig sind. Eine aktuelle Studie zeigt, dass der Hippocampus diese Kartierungsfunktion enthält  - und damit zwischen konzeptionell-relevanten und insgesamt vorhandenen Merkmalen unterscheiden kann. [mehr]
Ein neu entwickeltes Computermodell ermöglicht es, unserem Gehirn direkt dabei zuzuschauen, wie es sich orientiert und sich etwas merkt [mehr]
Wir formen mentale Landkarten unserer Umgebung, um uns im Raum zu orientieren und uns zurechtzufinden. Was aber passiert, wenn das Koordinatensystem unseres Gehirns, das unsere mentalen Karten vermisst, verzerrt ist? Jacob Bellmund und Christian Doeller zeigen in Nature Human Behaviour, dass es dann auch zu Verzerrungen in unserem räumlichen Gedächtnis kommt. [mehr]
Mithilfe eines Experiments, das Lernen in virtueller Realität und Hirnscans kombiniert, beschreibt ein Forscherteam um Jacob Bellmund und Christian Doeller, wie im entorhinalen Cortex eine zeitliche Karte von Erinnerungen entsteht. [mehr]
Dem gedanklichen Navigationssystem wieder eine Spur näher gekommen sind Stephanie Theves und Christian F. Doeller: Anhand einer Lernstudie konnten sie in Current Biology erstmalig zeigen, dass neue Wissensinhalte im Hippocampus als Schaltzentrale des Gehirns entlang räumlicher Dimensionen in einer Art mentaler Landkarte gespeichert werden. [mehr]

 

Das Ziel unserer Forschung ist es, den kognitiven Code zu knacken. Denn bisher ist es noch nicht gelungen, eine der wesentlichsten Fragen der Neuro­wissenschaften überhaupt zu beantworten: Was sind die grund­legendsten Mechanismen im Ge­hirn, die das menschliche Denken ermöglichen? Um sich diesem Phänomen zu nähern, nutzen wir zwei Modell­systeme: Das menschliche Ge­dächtnis und den so­genannten neuronalen Code für Raum, d.h. die ge­meinsame Aktivität einer Gruppe von Nerven­zellen im Gehirn, die die eigene Position im Raum ver­arbeiten. Diese Herangehensweise basiert auf der faszinierenden, später mit dem Nobel­preis ausgezeichneten Ent­deckung im Gehirn von Nagetieren, dass es zwei Arten an Nerven­zellen gibt, die auf räumliche Informationen spezialisiert sind: Die Orts­zellen im Hippo­campus und die Raster­zellen im nahegelegenen, sogenannten entorhinalen Cortex. Diese beiden Zelltypen signalisieren uns in Zu­sammen­arbeit mit anderen raumverarbeitenden Zellen, welche Position, Richtung, Entfernung und Geschwindigkeit wir im Raum haben. Sie bilden eine Art inneres Navigations­system und damit eines der ver­blüffendsten Systeme des Gehirns zur Um­wandlung von äußeren Eindrücken in Informationen.

Ausgangspunkt unserer Forschung ist dabei die Idee, dass dieses innere Navi­gations­system wo­­möglich – als Ergebnis der Evolution – die Grund­lage für menschliches Denken bildet. Das Ge­hirn könnte demnach jede Art von Eindrücken in sogenannten kognitiven Räumen abbilden. Nehmen wir etwa ein Auto, das wir beschreiben wollen. Das kann entlang zweier Dimensionen geschehen, der Motorleistung und des Gewichts. Ein Renn­wagen würde hier einen Raum einnehmen, der durch große Leistung und geringes Ge­wicht charakterisiert ist, ein Wohn­mobil hingegen einen von geringer Leistung und hohem Gewicht. Wir wollen hier herausfinden, ob bei uns ähnliche Mecha­nismen ablaufen, wenn wir solche kognitiven Räume bilden wie während wir Orte und Wege auf einer Land­karte verarbeiten. Und nicht nur das: Wir wollen her­aus­finden, ob diese Mechanismen gar für andere Hirn­areale und für eine große Band­breite an geistigen Fähig­keiten wie Orientierung, Erinnern, Lernen, Wissens­erwerb, Vorstellungskraft oder Zeit­empfinden gelten.

Von diesen Kerngedanken ausgehend, arbeiten wir an zwei Anwendungsbereichen: Zum einen wollen wir neurowissenschaftliche Grundlagenforschung in die Informationstechnologie bringen, um damit Instrumente wie Gehirn-Computer-Schnittstellen zu entwickeln, die Prozesse wie Lernen und Wahr­nehmung selbst in alltäglichen Bereichen wie der Schulbildung verbessern könnten. Zum anderen wollen wir diese Grundlagenforschung in die medizinische Anwendung bringen und sie beispielsweise für die Früherkennung von Alzheimer-Demenz nutzen, einer Krankheit, die als erstes ebenjenen, für die räumliche Verarbeitung besonders entscheidenden entorhinalen Cortex angreift. Hier könnten neue Erkenntnisse zu seiner Rolle bei der Verarbeitung kognitiver Räume ein ganz neues Bild dieser Erkrankung bringen.

Solche Entdeckungen sind letztlich nur mithilfe innovativer Technologien möglich. Zentral ist dabei für uns die räumlich hochauflösende funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), darunter auch die von besonders hoher Feldstärke wie sie das 7T-Gerät und der Connectom am MPI CBS bilden. Dadurch können wir verstehen, wie sich die Struktur und Funktion einzelner Hirnbereiche gegenseitig bedingen. Mithilfe der Magnetoencephalographie (MEG) können wir zudem die Hirnwellen analysieren, die unserem Denken zugrunde liegen. Diese bildgebenden Verfahren kombinieren wir wiederum mit Methoden des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz sowie innovativen Experimenten in virtueller Realität.

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