Bayesian computations in the human neocortex: deciphering the neuronal mechanisms of perceptual and syntactic inferences

Buntes Gehirn

Das Projekt

Die Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowship, an der Schnittstelle von Neurowissenschaften, Computertheorie und Linguistik, wird die Grundlagen für eine mechanistische Untersuchung der menschlichen Kognition auf einem noch nie dagewesenen Detaillierungsgrad legen. Das Projekt soll dazu beitragen, die Bausteine der menschlichen Kognition zu verstehen und die Art und Weise, wie neokortikale Dysfunktionen zu komplexen psychischen Störungen wie Schizophrenie führen, beschreiben.

Die Vielfalt der kognitiven Fähigkeiten des Menschen steht im Kontrast zur Homogenität seiner neuronalen Grundlagen. Tatsächlich beruhen Wahrnehmungs-, Entscheidungs- und Sprachprozesse weitgehend auf einer gemeinsamen neuronalen Struktur - dem Neokortex - dessen Funktionsweise bemerkenswert schlecht verstanden wird.  

Neuere Theorien deuten darauf hin, dass die sechs Schichten des neokortikalen Mikroschaltkreises spezifisch miteinander verbunden sind, um generische Berechnungen durchzuführen - dank einer hierarchischen Kombination von Top-down-Erwartungen (Prioren) und Bottom-up sensorischen Informationen (Wahrscheinlichkeiten). Die Aufnahme jeder Kortikalisschicht ist jedoch technisch anspruchsvoll. Die seltenen empirischen Untersuchungen von neokortikalen Operationen, die sich hauptsächlich auf die Elektrophysiologie von Tieren beschränken, waren jedoch nicht in der Lage, die humanspezifischen kognitiven Fähigkeiten, wie z.B. die Syntaxverarbeitung, anzugehen.

Ausgehend von den jüngsten Fortschritten in der menschlichen Elektrophysiologie soll getestet werden, ob die Elemente der Bayes'schen Berechnungen durch 1) verschiedene kortikale Schichten (z.B. Priore in den Schichten 5/6) oder alternativ 2) verschiedene neuronale Schwingungen (z.B. Priore im Alpha/Beta-Band) implementiert werden. Anschließend soll beurteilt werden, ob diese neuronalen Berechnungen die elementaren Bestandteile der Syntaxverarbeitung bilden. Um den Informationsaustausch innerhalb und zwischen kortikalen Regionen zu charakterisieren, werden die Ganzhirnmagnetoenzephalographie mit invasiver Elektrokortikographie und intralaminaren Aufnahmen von Patienten, die für klinische Zwecke implantiert wurden, kombiniert werden.

zum Projekt

Projektleitung

Dr. Jean-Rémi King

Kooperationspartner

New York University (NYU), Department of Psychology; Prof. David Poeppel