sektion Kognitive Neurophysiologie

Arbeitsgruppe Visuelle Aufmerksamkeit und Perzeptuelles Lernen am Institut für Neurobiologie Magdeburg

 

Leitung

 

Prof. Dr. med. Jens-Max Hopf

 

Mitarbeiter

 

Dr. rer. nat. Carsten Nicolas Boehler

 

Doktoranden

 

Dipl. neurobiol. Hendrik Strumpf

Dipl. neurobiol. Antje Buschschulte

Dipl. psych. Rowena Bondarenko

Dipl. biol. Steffi Weinhold

MSc Mandy Bartsch

Cand. med. Marcel Neubacher

 

Kooperationen

 

Prof. John K. Tsotsos (Centre for Vision Science, York University, Toronto)

Prof. Steven Hillyard (UCSD, LaJolla, USA) Prof. Steven J. Luck (UC Davis, Davis, USA)

Prof. George R. Mangun (UC Davis, Davis, USA) Prof. Mircea A. Schoenfeld (Abteilung Experimentelle Neurologie, Universität Magdeburg)

Prof. Emrah Düzel (Institute for Cognitive Neuroscience, University College London)

Prof. Jochen Braun (Institut für Biologie, Universität Magdeburg)

 

Thema

 

Hauptschwerpunkt der Arbeitsgruppe ist die Erforschung kortikaler und subkortikaler Mechanismen attentionaler Selektion im visuellen Kortex mithilfe von Elektro- und Magnetoenzaphalographie (EEG, MEG) sowie funktioneller Kernspintomographie (fMRT). Unser besonderes Interesse ist dabei, Prozesse rekurrenter, d.h., top-down gerichteter Verarbeitung im visuellen System zu verstehen. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Entdeckung einer Zentrum-Peripherie Struktur des visuell-räumlichen Aufmerksamkeitsfokus (Hopf et al., 2006). Mithilfe magnetenzephalographischer Untersuchung konnten wir erstmals zeigen, dass das sog. „spotlight of attention“ eine komplexe innere Struktur aufweist, bei der ein Bereich verbesserter sensorischer Verarbeitung von einer Zone deutlich verminderter sensorischer Verarbeitung umgeben ist („surround suppression“). Wesentlich ist dabei der Nachweis, dass surround suppression eine direkte Konsequenz von rekurrenter Verarbeitung im visuellen System darstellt (Boehler et al., 2009). D.h. räumliches Fokussieren erwies sich als rekurrent gerichtete Sequenz von Suppressionsoperationen, die sich schrittweise von „oben nach unten“ durch die visuelle kortikale Hierarchie fortsetzen (Hopf, 2008). Die Ergebnisse sind zentral für Entwicklung eines umfassenden und realistischen Modells attentionaler Selektion im visuellen Kortex, an dem wir zur Zeit in enger Kooperation mit dem Centre for Vision Research (John K. Tsotsos, York University Toronto) auf der Basis des dort entwickelten Selective Tuning Models arbeiten.

 

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt beschäftigte sich mit der Rolle rekurrenter Verarbeitung als Determinante von bewusster visueller Wahrnehmung. Hier konnten wir zeigen, dass für das Bewusstwerden von visuellen Eindrücken sehr frühe rekurrente Modulationsprozesse im primären visuellen Kortex entscheidend sind, welche jedoch zeitlich und funktionell von rekurrenten Prozessen der attentionalen Selektion dissoziiert sind (Boehler et al., 2008).

 

Ein drittes Forschungsthema beschäftigt sich mit Mechanismen merkmalsbasierter attentionaler Selektion. Schwerpunkt ist hierbei die Selektion elementarer visueller Merkmale wie Farbe, Form, Orientierung etc. Kürzlich erfolgte eine Erweiterung dieser Forschung auf komplexere Merkmale wie z.B. die emotionale Valenz von Gesichtern. Hier konnten wir zeigen, dass die Präsentation von irrelevanten Gesichtern mit ängstlichem Ausdruck während der visuellen Suche nach elementaren Objekten zur automatischen Rekrutierung von attentionalen Selektionsprozessen im visuellen Kortex führt (Fenker et al., 2009). Bemerkenswert ist unsere Beobachtung, dass unter bestimmten Bedingungen die automatische Selektion von emotionaler Gesichtsinformation auf neuronaler Ebene, nicht aber in der Performanz der untersuchten Personen nachweisbar war.