Neurobiologie sensomotorischer Entscheidungen

Neurobiologie sensomotorischer Entscheidungen

 

Angesichts der großen Anzahl an Handlungsoptionen, die uns in einer Alltagssituation zur Verfügung stehen, stellt sich die Frage wie wir - und damit unsere Gehirne – überhaupt dazu in der Lage sind, sich für eine Option zu entscheiden? Wie wird die ausgewählte Handlung anschließend geplant und durch Lernen optimiert? Und wie sagt das Gehirn die sensorischen Folgen einer Handlung vorher und erlaubt uns so zu unterscheiden ob wir oder unsere Umwelt einen Sinneseindruck verursacht haben? Mein Labor versucht mittels Psychophysik und funktioneller Bildgebung Antworten auf diese Fragen zu geben. Darüber hinaus versuchen wir zu klären, ob bestimmte Symptome neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen die Folge einer Störung dieser kognitiven Prozesse darstellen könnten.

Um diejenigen Gehirnprozesse zu isolieren, die der Auswahl und Planung zielgerichteter Handlungen zugrunde liegen, nutzen wir die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) während Probanden so genannte „Delayed Response Tasks“ durchführen. Diese Tasks erlauben es uns Planungs- und Entscheidungsprozesse im Gehirn zeitlich von denjenigen Prozessen abzugrenzen, auf denen sie aufbauen (die Repräsentation von Sinnesinformation) und zu denen sie führen (die Generierung motorischer Handlungen). Mittels dieser Technik konnten wir zeigen, dass bereits im Parietalkortex Pläne für Handlungen geschmiedet und durch entscheidungsrelevante Variablen wie Belohnung oder Bestrafung moduliert werden. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen untersuchen wir derzeit die Hypothese, dass der Parietalkortex die maßgebliche Grundlage sensomotorischer Entscheidungsprozesse darstellt.

Ein zweiter Schwerpunkt unseres Labors widmet sich der Erforschung unserer Fähigkeit die kausale Urheberschaft von Sinnesinformation zu erfassen („Sense of Agency“) sowie der Untersuchung von Störungen dieser Fähigkeit bei neuropsychiatrischen Erkrankungen. Das folgende Bespiel hilft diese Thematik zu veranschaulichen: So sind Schizophrenie-Patienten oft der wahnhaften Überzeugung, dass "fremde Mächte" ihre Sprache und Handlungen bestimmen. Solchen Wahnvorstellungen ist dabei häufig gemein, dass selbst produzierte Sinneseindrücke über die eigene Bewegung oder Sprache fälschlicherweise als extern verursacht interpretiert werden. Wir konnten zeigen, dass die Stärke dieser Symptomatik mit dem Unvermögen der Patienten korreliert ist, die sensorischen Konsequenzen ihrer eigenen Handlungen vorherzusagen. Mittels dieser Vorhersagen kann normalerweise diejenige Sinnesinformation identifiziert werden, für die wir selbst verantwortlich sind. Der gleiche Mechanismus ermöglicht auch sensomotorische Fehler kausal zuzuordnen, um speziell diejenigen Fehler zu korrigieren, für die man selbst verantwortlich ist. Was ist die neuronale Grundlage dieser sensorischen Vorhersagen? Wir konnten bereits zeigen, dass das Kleinhirn für das Erlernen und die Optimierung sensorischer Vorhersagen zuständig ist. Derzeit versuchen wir herauszufinden wie unser Gehirn solche Vorhersagen ursprünglich generiert.

Weiterführende Informationen finden Sie auch auf der externen Homepage unseres Labors: www.sites.google.com/site/nodlab

Forschungsprojekte
Publikationen
Partner und Kooperationen

Die neuronalen Grundlagen sensorischer Vorhersagen für Wahrnehmung und Verhalten

(Bernstein Center Tübingen, National Network of Computational Neuroscience, BMBF, Project C4, PD Dr. A. Lindner & Prof. Dr. Martin Giese). Weitere Mitarbeiter: Artur Pilacinski, Manuel Roth

Die Rolle des Parietalkortex und des Kleinhirns bei der Repräsentation und Optimierung sensorischer Vorhersagen für Handlungskontrolle und Handlungswahrnehmung
 (with Dr. M. Synofzik & Dr. M. Himmelbach). Weitere Mitarbeiter: Karla Lauer, Manuel Roth.

Störungen der Wahrnehmung eigener Handlungen bei neurodegenerativen Erkrankungen: eine Folge ungenauer sensorischer Vorhersagen? 
(mit Dr. M. Synofzik und Dr. T. Wächter, HIH).

fMRI- und MEG-Korrelate taktiler Entscheidungsprozesse 
(mit Dr. Y. Li Hegner und Prof. Dr. C. Braun, MEG-Zentrum Tübingen).

Beiträge des Parietalkortex zur Gestaltwahrnehmung 
(mit Dr. E. Hein, Evolutionary Cognition Lab, Department of Psychology Tübingen und Prof. Dr. C. Braun, MEG-Zentrum Tübingen). Mitarbeiterin: Katrina Quinn.

Zuschreibung kausaler Urheberschaft von Sinnesinformation bei willkürlichen und unwillkürlichen Bewegungen 
(mit Dr. H. Wong, CIN Tübingen). Mitarbeiter: Manuel Roth.

Wird kognitives Altern durch das zusätzliche Mitrekrutieren der nicht-spezialisierten Gehirnhemisphäre kompensiert?
 (mit Prof. P. Thier, HIH). Mitarbeiter: Thekla Zekos.


NoD Lab Tools: Die NERT4SPM Toolbox zum Darstellen ereigniskorrelierter MRI-Signalverläufe in SPM 

2016

Li Hegner Y, Lindner A*, Braun C* (2016) A somatosensory-to-motor cascade of cortical areas engaged in perceptual decision making during tactile pattern discrimination. Human Brain Mapping. doi: 10.1002/hbm.23446. [Epub ahead of print]. *authors contributed equally.


Roth MJ, Lindner A, Thier P (2016) Visual circuits. In: Essentials of Cerebellum and Cerebellar Disorders. Gruol DL, Koibuchi N, Manto M, Molinari M, Schmahmann JD, Shen Y (eds), Berlin-Heidelberg, pp. 89-100.

 

2015

Li Hegner Y, Lindner A*, Braun C* (2015) Cortical correlates of perceptual decision making during tactile spatial pattern discrimination. Human Brain Mapping 36(9):3339-3350. *authors contributed equally 


Synofzik M, Vosgerau G, Lindner A (2015) The experience of free will and the experience of agency: an error-prone, reconstructive process. In: Free Will and the Brain. Neuroscientific, Philosophical, and Legal Perspectives. Glannon W (ed), Cambridge University Press, pp 66-79

 

2014

Kutscheidt K, Hein E, Roth MJ, Lindner A (2014) fMRI-evidence for a top-down grouping mechanism establishing object correspondence in the Ternus-Pikler display. Cognitive Processing 15 (Suppl. 1), S48-S49.

 

2013

Roth MJ, Synofzik M, Lindner A (2013) The cerebellum optimizes perceptual predictions about external sensory events. Current Biology 23(10):930-935

Wilke C Synofzik M Lindner A (2013) Sensorimotor Recalibration Depends on Attribution of Sensory Prediction Errors to Internal Causes. PLoS One 8, 1: e54925

 

2012

Wilke C, Synofzik M, Lindner A (2012) The valence of action outcomes modulates the perception of one's actions. Consciousness and Cognition 21:18-29

 

2011

Dieckgraeff AG, Lindner A*, Rosenstiel W, Bogdan M* (2011) Detection of Motor Planning and Suppression with the help of lectroencephalography. Conference Proceedings - IEEE Engineering in Medicine and Biology Society 2011: 3905-3908

 

2010

Brendel B, Hertrich I, Erb M, Lindner A, Riecker A, Grodd W, Ackermann H. The contribution of mesiofrontal cortex to the preparation and execution of repetitive syllable productions: an fMRI study. Neuroimage 2010;50(3):1219-1230.

Iyer A, Lindner A, Kagan I, Andersen RA. Motor Preparatory Activity in Posterior Parietal Cortex is Modulated by Subjective Absolute Value. PLoS Biology 2010; in press.

Kagan I, Iyer A, Lindner A, Andersen RA. Contralaterality of Space Representation is Greater in Monkeys than in Humans. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 2010;107(17):7933-7938.

Lindner A, Iyer A, Kagan I, Andersen RA. Human Posterior Parietal Cortex Plans Where to Reach and What to Avoid. Journal of Neuroscience 2010; in press.

Synofzik M, Thier P, Leube DT, Schlotterbeck P, Lindner A. Misattributions of agency in schizophrenia are based on imprecise predictions about the sensory consequences of one’s actions. Brain 2010;133(1):262-271.

 

2009

Synofzik M, Vosgerau G, Lindner A (2009) Me or not me - An optimal integration of agency cues? Conscious and Cognition 2009;18(4):1065-1068

 

2008

Synofzik M, Lindner A, Thier P. The cerebellum updates predictions about the visual consequences of one's behavior. Curr Biol 2008;18(11):814-818

 

2006

Lindner A, Haarmeier T, Erb M, Grodd W, Thier P. Cerebro-cerebellar circuits for the perceptual cancellation of eye-movement-induced retinal image motion. J Cogn Neurosci 2006;18(11): 1899-1912

Lindner A, Haarmeier T, Thier P. Die inferentielle Natur der Wahrnehmung: Die Bedeutung des Reafferenzprinzips für das Bewegungssehen. Neuroforum 2006;1:160-165

Lindner A, Ilg UJ. Suppression of optokinesis during smooth pursuit eye movements revisited: The role of extra-retinal information. Vision Res 2006;46:761-767

Synofzik M, Thier P, Lindner A. Internalizing agency of self-action: The perception of one's own hand movements depends on an adaptable prediction about the sensory action outcome. Journal of Neurophysiology 2006;96:1592-1601

 

2005

Lindner A, Thier P, Haarmeier T, Kircher T, Leube D. Disorders of agency in schizophrenia correlate with an inability to compensate for the sensory consequences of actions. Current Biol; 2005;15:1119-1124

 

2004

Lindner A, Ilg UJ. Cancellation of gaze stabilizing mechanisms during human smooth pursuit: indications for the involvement of an extra-retinal reference signal. In: Ilg UJ, Bülthoff H, Mallot H (eds). Dynamic Perception. AKA Akad. Verlag, Berlin, 2004;107-112

 

2002

Thier P, Haarmeier T, Chakraborty S, Lindner A, Tikhonov A. Cortical substrates of visuospatial awareness outside the classical dorsal stream of visual processing. In: Cognitive and Neural Bases of Spatial Neglect. Karnath, H.-O. et al. (Eds.) Oxford University Press, 2002, 71-84

 

2001

Haarmeier T, Bunjes F, Lindner A, Berret E, Thier P. Optimizing visual motion perception during eye movements. Neuron 2001;32:527-535

Lindner A, Schwarz, U Ilg UJ (2001) Cancellation of self-induced retinal image motion during smooth pursuit eye movements. Vision Research 41, 1685–1694.

Thier P, Haarmeier T, Chakraborty S, Lindner A, Tikhonov A. Cortical substrates of perceptual stability during eye movements. NeuroImage 2001;14:S33-S39

 

2000

Lindner A, Ilg UJ. Initiation of smooth-pursuit eye movements to first-order and second-order motion stimuli. Exp Brain Res 2000;133:450-456

Prof. Dr. R. A. Andersen (Division of Biology, California Institute of Technology, Pasadena, USA) & Prof. Dr. W. Schultz (University of Cambridge, UK): fMRI Korrelate von „Stimulus-Value“ und „Action-Value“ Assoziationen in Menschen und nichthumanen Primaten.

Dr. Marc Buehner (School of Psychology, Cardiff University, UK): „Causal Binding“ vs. „Intentional Binding“ bei gesunden Probanden und Schizophrenie-Patienten.

Prof. Dr. C. F. Camerer (Division of the Humanities and Social Sciences ,California Institute of Technology, Pasadena, USA), Prof. Dr. E. Reutskaya (IESE Business School, University of Navarra, Barcelona, Spain) & Prof. Dr. R.C. Nagel (Department of Economics, UniversitatPompeuFabra, Barcelona, Spain): Die neuronale Grundlage der „Qual der Wahl“ bei ökonomischen Entscheidungsprozessen.

Prof. Dr. A. Gail (Bernstein Center for Computational Neuroscience & German Primate Center, Göttingen, Germany): Die Integration von Kontext und visuell räumlicher Information bei Zeigebewegungen: sind motorische Ziele im frontoparietalen „Reach Network“ hierarchisch repräsentiert?

Prof. Dr. H. Plassmann (INSEAD, Fontainebleau, France): Ist Bezahlen schmerzhaft? Die neuronalen und psychologischen Grundlagen des Bezahlens im Kontext ökonomischer Entscheidungsprozesse.

Ansprechpartner
PD Dr. Axel Lindner a.lindner(at)medizin.uni-tuebingen.de Anschrift

Zentrum für Neurologie
Hertie-Institut für klinische Hirnforschung
Abteilung Kognitive Neurologie

Hoppe-Seyler-Straße 3
72076 Tübingen

Tel.: +49 (0)7071 29-80469
Fax: +49 (0)7071 29-5326