Havenith & Schölvinck Lab

Wie verarbeitet das Gehirn unter natürlichen Bedingungen mehrere kognitive Prozesse gleichzeitig?

Forschungsschwerpunkt

Menschen sind nicht immer gut im Multitasking – aber ihre Neurone schon! Neurone sind ständig in mehrere Verarbeitungsprozesse gleichzeitig eingebunden. Sie erfassen die physischen Eigenschaften von Objekten in der Umgebung, passen sich an Schwankungen im Aufmerksamkeitsniveau an und setzen die physiologischen Langzeitveränderungen um, die Lernprozesse möglich machen. Bisherige Forschungsarbeiten haben sich zum größten Teil darauf konzentriert, jeden dieser Prozesse einzeln für sich zu betrachten. Wir wollen dagegen verstehen, wie die zahlreichen Aufgaben, die eine Gruppe von Neuronen gleichzeitig erledigt, in deren Aktivität repräsentiert sind. Außerdem wollen wir herausfinden, ob die Strategien, mit denen verschiedene Tierarten diese grundlegende Herausforderung der neuronalen Verarbeitung gelöst haben, evolutionär erhalten oder eher artspezifisch sind.

Um diese Fragen zu beantworten, arbeitet unsere Gruppe parallel mit den zwei Tierarten, die am häufigsten in den Neurowissenschaften untersucht werden: Mäuse und Primaten. Die Tiere gehen in einer virtuellen Umgebung auf Futtersuche, wodurch wir ihre visuell bedingten Entscheidungen und Reaktionen in einem natürlichen Kontext genau beobachten können. Währenddessen leiten wir die elektrische Aktivität großer Neuronengruppen in den visuellen Arealen des Gehirns ab, die in allen Säugetieren evolutionär erhalten geblieben sind. So erhalten wir Momentaufnahmen aus den vielfältigen Verhaltensweisen von Tieren, die wir dann mittels innovativer mathematischer Algorithmen in Beziehung setzen zu verschiedenen dynamischen Aspekten der neuronalen Aktivität. Unser Ziel dabei ist es zu klären, wie sich im Gehirn verschiedener Tierarten universelle kognitive Vorgänge wie zum Beispiel Lernen und Aufmerksamkeit gleichzeitig entfalten.

Ausgewählte Publikationen

Havenith MN, Zijderveld PM, van Heukelum S, Abghari S, Glennon JC, Tiesinga P (2019) The Virtual-Environment-Foraging Task enables rapid training and single-trial metrics of rule acquisition and reversal in head-fixed mice, Nature Scientific Reports, 9(1): 4790

Havenith MN‡, Zijderveld PM‡, van Heukelum S, Abghari S, Tiesinga P, Glennon JC (2018) The Virtual-Environment-Foraging Task enables rapid training and single-trial metrics of attention in head-fixed mice, Nature Scientific Reports, 8(1): 17371

Schölvinck ML, Saleem A, Benucci A, Harris KD, Carandini M (2015) Cortical state determines global variability and correlations in visual cortex. Journal of Neuroscience 35: 170-178

Schölvinck ML, Maier A, Ye FQ, Duyn JH, Leopold DA (2010) Neural basis of global resting-state fMRI activity. PNAS 107(22): 10238-10243

Havenith MN, Yu S, Biederlack J, Chen NH, Singer W, Nikolic D (2011) Synchrony makes neurons fire in sequence, and stimulus properties determine who is ahead, Journal of Neuroscience, 31: 8570-85846.

Schölvinck ML, Howarth C, Attwell D (2008) The cortical energy needed for conscious perception. NeuroImage 40(4): 1460-1468