Forschungsverbünde zu kognitiven Leistungen und ihren Störungen beim Menschen (Kognitionsforschung)

Öffentliche Bekanntmachungen:	2005, 2006 und 2007
Förderzeitraum:	2005 bis 2010
Gesamtvolumen:	20 Mio. Euro
Zahl der Verbünde:	22

1. Ziele des Förderschwerpunktes

Das Verständnis des Gehirns aus seiner Struktur und Funktionsweise heraus ist notwendig für die Prävention und Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems, für ein verbessertes allgemeines Verständnis menschlichen Verhaltens und der zugrunde liegenden biologischen Prozesse, nicht zuletzt für effiziente Lehr- und Lernstrategien. Bei der Aufklärung grundlegender neuronaler Prozesse sind in den letzten zehn Jahren entscheidende Fortschritte erzielt worden. Die Funktionsweise des menschlichen Gehirns zu erforschen bildet jedoch eine große wissenschaftliche Herausforderung.
Mit der Leitvision "Das Denken verstehen" nimmt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) diese Thematik in mehreren Fördermaßnahmen auf. Ein wichtiger Beitrag zu einem besseren Verständnis der höheren Hirnfunktionen und ihren Störungen ist von der Kognitionsforschung zu erwarten. Die Maßnahme "Forschungsverbünde zu kognitiven Leistungen und ihren Störungen beim Menschen" soll diese Forschungsrichtung unterstützen.
Kognition umfasst Prozesse wie Wahrnehmung, Aufmerksamkeit, Lernen und Gedächtnis, Denken und Problemlösen, Planen und Handlungskontrolle sowie sprachliche Fähigkeiten. Die Kognitionsforschung beschäftigt sich sowohl mit den neurobiologischen Grundlagen kognitiver Leistungen als auch mit Beeinträchtigungen der Hirnfunktionen. Sie erfordert ein gezieltes Zusammenwirken verschiedener Disziplinen aus den Bereichen Psychologie, Psychiatrie, Neurologie, Neurophysiologie und Computational Neuroscience.

2. Stand der Fördermaßnahme

Mit der Fördermaßnahme "Forschungsverbünde zu kognitiven Leistungen und ihren Störungen beim Menschen" unterstützt das BMBF die Kognitionsforschung in Deutschland und fördert seit 2005 22 Forschungsverbünde. Das BMBF beabsichtigt, in den Jahren 2005 bis 2010 rund 20 Millionen Euro zur Verfügung zu stellen." Mit der Förderung sollen international wettbewerbsfähige, exzellente Forschungsansätze aufgegriffen werden und gleichzeitig ein Beitrag zur Verbesserung der interdisziplinären Kooperation geleistet werden. Die Forschungsverbünde sollen eine Brücke schlagen zwischen einem Forschungsansatz, der das grundlegende Verständnis höherer Hirnfunktionen erforscht, und der klinischen Forschung mit Patienten.

3. Geförderte Vorhaben

a) Kurzbeschreibungen der laufenden Vorhaben

Verbundprojekt "Sozialer Blick"

Verbundsprecher: Prof. Dr. Dr. Kai Vogeley

Phänomenologie und Neurobiologie seiner Störungen beim hochfunktionalen Autismus (HFA)

Universität zu Köln Medizinische Fakultät Universitätsklinikum Klinik für Psychatrie und Psychotherapie Kerpener Str. 62 50937 Köln

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Dr. Kai Vogeley 0221 478-87155 01GW0611 413.352 EUR 01.01.2007 - 31.12.2009

Max-Planck-Institut für neurologische Forschung Gleueler Str. 50 50931 Köln

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Marc Tittgemeyer 0221 4726-215 01GW0612 181.076 EUR 01.01.2007 - 31.12.2009

Die Forschergruppe untersucht die behavioralen und neuralen Korrelate von Blickverhalten als non-verbales Kommunikationsmittel bei Erwachsenen mit hochfunktionalem Autismus (HFA) und gesunden Kontrollpersonen. In den Teilprojekten 1 und 2 (Köln) sollen die neuralen Korrelate mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) untersucht und mit den Daten der anderen Projekte in Beziehung gesetzt werden. Im dritten Teilprojekt werden die neuralen Netzwerke hinsichtlich der Bewertung einer möglicherweise veränderten Konnektivität (anatomischen Verbindungen) der relevanten Hirnorte betrachtet. Funktionelle bildgebende Studien zu sozialer Kognition lassen vermuten, dass die Areale 10 (mesialer Teil), 24 und 32 im Frontallappen soziale Kognition ermöglichen. In Kooperation mit den anderen Teilprojekten werden im vierten Teilprojekt die Beziehungen zwischen Struktur und Funktion untersucht. Es soll geklärt werden, ob Area 10 in Übereinstimmung mit neueren funktionellen Studien aus einem dorsalen und einem mesialen Teil besteht. Probabilistische Karten werden berechnet, die beantworten helfen, wie dieser Bereich bei Patienten mit hochfunktionalem Autismus in soziale Kognition eingebunden ist. Die Ergebnisse des Verbundes werden Aufschluss geben über die Hirnregionen, die bei nonverbaler Kommunikation angesprochen werden sowie über die funktionellen Grundlagen der Störungen der sozialen Kognition bei HFA.

Verbundprojekt "Prosodie und Gesang"

Verbundsprecher: Prof. Dr. Henning Scheich

Auditorische Verarbeitung von Prosodie und Gesang

Leibniz-Institut für Neurobiologie (IfN) Brenneckestr. 6 39118 Magdeburg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Henning Scheich 0391 6263-329 01GW0621 270.247 EUR 01.01.2007 - 31.12.2009

Anatomische Basis von Prosodie und Gesang

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Medizinische Fakultät Universitätsklinikum Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Pauwelsstr. 30 52074 Aachen

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Katrin Amunts 02461 61-4300 01GW0623 265.564 EUR 01.11.2006 - 31.10.2009

Ziel ist ein besseres Verständnis der neuronalen Grundlagen von Sprache und Musik. In Teilprojekt 1 wird die Verarbeitung akustischer Komponenten von Prosodie und Gesang untersucht. Dazu wird ein synthetisches, akustisch gut definiertes Modell verwendet, mit dem die Unterschiede zwischen Prosodie und Gesang mittels funktioneller Bildgebung untersucht werden. Aufgabenabhängige Hirnaktivitäten werden auf verschiedene Ebenen der Verarbeitung von Sequenzen von Silben und deren Intonationskonturen erfasst. Im zweiten Teilprojekt wird der Beitrag der linken und der rechten Hemisphäre bei der Verarbeitung von syntaktischen Strukturen und suprasegmentaler Information in der Sprache und der Musik untersucht. Das Zusammenspiel der beiden Hemisphären wird außerdem anhand von Patienten mit Läsionen im posterioren Drittel des Corpus Callosum untersucht werden. Diese Studien werden Aufschluss darüber geben, inwieweit erfolgreiche Sprach- und Musikverarbeitung der Interaktion zwischen den Hirnhemisphären bedarf. In Teilprojekt 3 sollen neuronale Netzwerke lokalisiert werden, die an Sprache und Musikverarbeitung beteiligt sind. Probabilistische zytoarchitektonische Karten werden eingesetzt zur quantitativen Beurteilung des Anteils einer definierten Region an einer spezifischen Hirnfunktion und resultierend für die weitere Unterscheidung der für Sprache und Musik spezifischen Aspekte. Es wird erwartet, dass Erkenntnisse über die funktionelle Organisation des Hörkortex und anderer Hirnregionen, die an der Verarbeitung von Prosodie und Gesang beteiligt sind, langfristig in klinischen Anwendungen umgesetzt werden können.

Verbundprojekt: Komplexes Problemlösen als Vermittler zwischen basaler Kognition und Alltagsfunktion

Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Psychiatrische Klinik Voßstr. 4 69115 Heidelberg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Matthias Weisbrod 0720 26-13343 01GW0630 640.525 EUR 01.01.2007 - 31.12.2009

Patienten mit neuropsychiatrischen Erkrankungen sind aufgrund kognitiver Defizite in ihren Alltagsfunktionen beeinträchtigt. Störungen können dabei auf verschiedenen Ebenen des Denkens und Handelns vorliegen. Unklar ist, wie diese Störungen in Beziehung stehen und welche Alltagsfunktionen sie besonders beeinflussen. Der Forschungsverbund untersucht Beziehungen zwischen basaler Kognition, der Fähigkeit zum komplexen Problemlösen und Alltagsfunktion. Die Ebenen kognitiver Leistungen werden mit neuropsychologischen Testverfahren, Elektroenzephalographie und funktioneller Kernspintomographie bei gesunden Probanden und schizophrenen Patienten erfasst. Die Beziehung zwischen den Ebenen wird mit kognitiver Modellierung und Strukturgleichungsmodellen untersucht. Schizophrene Patienten werden mit dem Planungs- und Problemlösetraining Plan-A-Day behandelt. Das verbesserte Verständnis der Interaktion unterschiedlicher Ebenen kognitiver Funktionen bildet die Grundlage künftiger Therapieprogramme

Verbundprojekt: Räumliche Orientierung

Verbundsprecher: Prof. Dr. Dr. Hans-Otto Karnath

Die Rolle des superioren temporalen Kortex für räumliches Orientieren und Aufmerksamkeit und ihre Störungen

Eberhard-Karls-Universität Tübingen Universitätsklinikum Tübingen Neurologische Klinik Zentrum für Neurologie Hoppe-Seyler-Str. 3 72076 Tübingen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Dr. Hans-Otto Karnath 07071 29-80465 01GW0641 848.110 EUR 01.01.2007 - 31.12.2009

Funktionelle Differenzierung

Johannes Gutenberg-Universität Mainz Fachbereich Medizin Bereich Klinikum Klinik und Poliklinik für Neurologie Langenbeckstr. 1 55131 Mainz

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Marianne Dieterich 06131 172510 01GW0642 185.035 EUR 01.01.2007 - 31.12.2009

Der Verbund will ein besseres Verständnis der Rolle des temporalen und des parietalen Kortex für Prozesse der räumlichen Orientierung und ihrer Störungen erzielen. Die Arbeitshypothese ist, dass bestimmte Teile dieser Regionen dazu dienen, vestibuläre, auditive, propriozeptive und visuelle Informationen in einer Repräsentation der Außenwelt zu integrieren und dem Menschen erlauben, seine Körperposition in Bezug zur Außenwelt zu bestimmen. In den Teilprojekten 1 und 2 werden tierexperimentelle, bildgebende sowie patientenbezogene Methoden eingesetzt, um die Hypothese zu untersuchen. Im dritten Teilprojekt werden funktionelle Bildgebungsstudien während verschiedener visueller und vestibulärer Stimulationen bei gesunden Probanden und Patienten durchgeführt und die Ergebnisse mit den Befunden der psychophysischen Untersuchungen und der repetitiven transkraniellen Magnetstimulationen bei Gesunden verglichen. Es wird vermutet, dass unterschiedliche Lokalisationen umschriebener kortikaler oder subkortikaler Läsionen innerhalb des temporo-parieto-insulären Netzwerks sowie verschiedene Kombinationen unterschiedliche Dysfunktionen verursachen. Langfristig sollen die Ergebnisse des Verbundes dazu beitragen, spezifischere Behandlungsformen von Störungen der räumlichen Orientierung zu entwickeln.

Verbundprojekt: Visuo-räumliche Kognition

Verbundsprecher: Prof. Dr. Markus Lappe

Teilprojekt 1: Räumliche Repräsentation in aktiver Szenenerkennung, Teilprojekt 4: Computermodelle der attentiven visuo-räumlichen Kognition

Westfälische Wilhelms-Universität Münster Psychologisches Institut II Fliednerstr. 21 48149 Münster

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Markus Lappe 0251 83-34172 01GW0651 411.964 EUR 01.01.2007 - 31.12.2009

Extraretinale und kognitive Einflüsse auf die aktive Wahrnehmung visueller Szenen beim Menschen: Untersuchungen zur Rolle des präfrontalen Kortex und des Thalamus

Charité - Universitätsmedizin Berlin Campus Virchow-Klinikum Klinik für Neurologie Augustenburger Platz 1 13353 Berlin

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

PD Dr. Christoph J. Ploner 030 450-660666 01GW0652 231.980 EUR 01.01.2007 - 31.12.2009

Neuronale Grundlagen der visuell- und gedächtnisgeleiteten sakkadischen Augenbewegungen während der visuellen Suche: Untersuchungen mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie und der Erfassung der Okulomotorik

Universität Regensburg Institut für Psychologie Universitätsstr. 31 93053 Regensburg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Mark Greenlee 0941 943-3281 01GW0653 245.176 EUR 01.01.2007 - 31.12.2009

Untersuchungen zu Integrationsmechanismen höherer Ordnung des visuellen Systems an gesunden Probanden und Patienten mit Hirnschädigung

Eberhard-Karls-Universität Tübingen Universitätsklinikum Tübingen Neurologische Klinik Zentrum für Neurologie Hoppe-Seyler-Str. 3 72076 Tübingen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Dr. Hans-Otto Karnath 07071 29-80465 01GW0654 206.503 EUR 01.01.2007 - 30.06.2010

Der Verbund strebt ein besseres Verständnis der durch Augenbewegung induzierten visuellen Repräsentation der Umwelt im Gehirn an. In den Teilprojekten 1 und 4 wird getestet, wie kognitive Faktoren der Aufmerksamkeit, Antizipation und Entscheidungsprozesse die visuelle Repräsentation beeinflussen. Computermodelle werden entwickelt und mit experimentellen Ergebnissen verglichen. In Kooperation mit den Verbundpartnern wird untersucht, welche Veränderungen bei Patienten mit umschriebenen Hirnverletzungen auftreten. Im Teilprojekt 2 wird die funktionelle Neuroanatomie der "trans-sakkadischen Integration" beim Menschen untersucht werden. Patienten mit fokalen Läsionen werden mit psychophysischen, okulomotorischen Paradigmen untersucht, die verschiedene Aspekte der Raumkonstanz und der trans-sakkadischen Integration erfassen. Teilprojekt 3 untersucht die Wechselwirkungen der Hirnaktivität zwischen sensorischem und okulomotorischem Kortex sowie subkortikalen Strukturen mit Magnetresonanztomographie (MRT) und vergleicht die Ergebnisse mit Modellvorhersagen. Im Teilprojekt 5 werden die komplexen Integrationsmechanismen visueller Information mit funktioneller Bildgebung, repetitiver transkranieller Magnetstimulation und mit verhaltensorientierten Studien an gesunden Probanden und an Patienten mit Hirnschädigung untersucht, um insbesondere den Einfluss von räumlicher Aufmerksamkeit darzustellen. Langfristig können die Ergebnisse zu einer besseren neuropsychologischen Diagnostik und Behandlung von Patienten mit Hirnschädigung beitragen.

Verbundprojekt: Netzwerk Sprache

Verbundsprecher: Prof. Dr. Cornelius Weiller

Reorganisation im Sprachsystem nach Schlaganfall und Degeneration im Sprachsystem bei Demenz

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Neurologische Klinik und Poliklinik Breisacher Str. 64 79106 Freiburg im Breisgau

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Cornelius Weiller 0761 270-5306 01GW0661 509.690 EUR 01.01.2007 - 31.12.2009

Modellbasierte Therapie. Verhaltensmodulation des sprachlichen Netzwerkes

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Medizinische Fakultät Universitätsklinikum Neurologische Klinik Pauwelsstr. 30 52074 Aachen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Walter Huber 0241 80-88426 01GW0662 267.717 EUR 01.02.2007 - 31.07.2010

Modulation des Sprachsystems mit multifokaler TMS

Universitätsklinikum Schleswig-Holstein Campus Kiel Klinik für Neurologie Schittenhelmstr. 10 24105 Kiel

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Hartwig Siebner 0431 597-8807 01GW0663 339.090 EUR 01.01.2007 - 31.12.2009

Untersucht wird die Reorganisation des gestörten Sprachsystems. In den Teilprojekten 1 und 2 sollen die Mechanismen der Reorganisation im Sprachsystem nach akuten fokalen Läsionen (Schlaganfall) und chronischen diffusen Läsionen (dementiellen Erkrankungen) mit funktioneller und struktureller Bildgebung erforscht werden. Der Einfluss spezifischer Sprachtherapie auf das Sprachsystem bei Patienten mit Benennstörungen nach Schlaganfall und bei Demenz wird in Teilprojekt 3 untersucht. Die Hirnaktivierung beim Benennen wird mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) festgestellt und die funktionelle Störung durch Simulation des sprachlichen Verhaltens in einem Computermodell. Diese Messungen werden vor und nach modellgeleiteter Benenntherapie sowie als "follow-up" wiederholt, um Aufschlüsse über die Wirkung von spezifischer Therapie auf das Gehirn zu erhalten. In Teilprojekt 4 werden mittels multiregionaler transkranieller Magnetstimulation (mTMS) in Verbindung mit struktureller und funktioneller MR-Bildgebung die Mechanismen der Reorganisation im Sprachsystem nach Schlaganfall untersucht. Erwartet werden Aufschlüsse darüber, wie das Gehirn auf fokale oder diffuse Läsionen reagiert, um den Funktionsausfall dauerhaft oder temporär zu kompensieren. Aus diesen grundlagenorientierten Erkenntnissen können neue Impulse für Therapieansätze aphasicher Patienten hervorgehen.

Verbundprojekt: Entscheiden

Verbundsprecher: Dr. Markus Ullsperger

Ziel des Verbundes ist es, die kognitiven, neurophysiologischen und neurochemischen Mechanismen der Handlungsüberwachung und daraus resultierender Entscheidungen am Modell der Zwangserkrankung zu charakterisieren. Übergeordnet ist der Aufbau eines neurobiologisch plausiblen Modells der "überwachenden" Entscheidungsfindung, das Verhalten unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen vorhersagen kann.

Prä-, intra- und postoperative Untersuchung von rückmeldungsbasiertem Entscheiden bei Tiefenhirnstimulation

Universität zu Köln Medizinische Fakultät Universitätsklinikum - Klinik für Stereotaxie und funktionelle Neurochirurgie Kerpener Str. 62 50937 Köln

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

PD Dr. Christian Philipp Bührle 0221 478 3565 01GW0721 225.927 EUR 01.11.2007 - 31.10.2010

Bei Patienten mit Zwangskrankheiten sollen prä-, intra- und postoperativ in Ruhe- und unter Stimulation elektrophysiologische Daten wie EEG und intrakranielle Focalpotenziale erfasst und mathematisch-systemtheoretisch mit Hilfe der nichtlinearen Dynamik zur Systemmodellierung analysiert werden. Es sind 15 Patienten vorgesehen, bei denen im Rahmen ihrer Therapie neben der tiefen Hirnstimulation eine Stimulationselektrode stereotaktisch im Nucleus Accumbens positioniert wird. Die Resultate sollen vor allem die Wechselwirkungen des posterioren medial frontalen Cortex mit dem gehirnimmanenten Belohnungssystem in den Basalganglien, inklusive des Nucleus Accumbens, klären.

Multimodale Untersuchung kognitiver Effekte der Tiefenhirnstimulation und serotonerger Modulation auf Handlungsüberwachung und Entscheidung

Max-Planck-Institut für neurologische Forschung Gleueler Str. 50 50931 Köln

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Markus Ullsperger 0221 4726 224 01GW0722 193.189 EUR 01.11.2007 - 31.10.2010

Eine Querschnittsstudie untersucht die Wirkung der Tiefenhirnstimulation im Nucleus Accumbens auf Handlungsüberwachung und Entscheidung an je 15 Patienten mit Zwangsstörung und Kontrollen mit EEG. In einer doppelblinden, Placebo-kontrollierten Studie wird der Einfluss eines selektiven Serotoninwiederaufnahmehemmers bei 20 Gesunden erforscht. Mit den Teilprojekten 3 und 4 wird eine kombinierte EEG/fMRT-Studie zur genauen anatomischen und zeitlichen Charakterisierung durchgeführt. Die Ergebnisse geben Aufschluss über an Handlungsüberwachung und Entscheidungsprozessen beteiligte Hirnregionen und ihre Interaktionen.

Verstärkungs- und rückmeldungsbasiertes Entscheiden im gesunden Gehirn

Max-Planck-Institut für Bildungsforschung Lentzeallee 94 14195 Berlin

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Hauke Heekeren 030 8240-6620 01GW0723 196.839 EUR 01.11.2007 - 31.10.2010

Erfahrungsbasiertes Entscheiden wird mit fMRT und mathematischen Modellen untersucht, um den Einfluss von Dopamin auf Aspekte des Lernens und Entscheidens darzustellen. Die Aspekte sind: a) Wahrnehmung von Belohnung und Bestrafung, b) Anpassen von erwarteten Handlungsergebnissen, c) Umgang mit dem Dilemma, entweder gemachte Erfahrungen zu nutzen oder neue Handlungen erproben zu können. In drei Studien, die jeweils vorwiegend einen der drei Aspekte erfahrungsbasierten Lernens untersuchen, werden Versuchspersonen mit unterschiedlicher Dopaminkonzentration im Striatum verglichen. Durch die Kombination von Verhaltensdaten, fMRT-Daten und mathematischer Modellierung wird ein Modell identifiziert, das Ergebnis und Prozesse des erfahrungsbasierten Entscheidens beschreibt. Die Modellierung des Einflusses von Dopamin auf Aspekte erfahrungsbasierten Entscheidens kann die Diagnose und Therapie von klinischen Störungen mit Bezug zu erfahrungsbasierten Lernen unterstützen.

Handlungsüberwachung bei Lern- und Entscheidungsprozessen von Patienten mit Zwangsstörungen

Humboldt-Universität zu Berlin Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät II Institut für Psychologie, Psychotherapie und Somatopsychologie Rudower Chaussee 18 12489 Berlin

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Norbert Kathmann 030 2093 4903 01GW0724 222.060 EUR 01.11.2007 - 31.10.2010

Ziel ist die Charakterisierung von Auffälligkeiten von Patienten mit Zwangsstörungen bei Belohnungsverarbeitung, Handlungsüberwachung und Lernen. Es soll untersucht werden, welche Auffälligkeiten bei der Verhaltensanpassung und der Feedback-Verarbeitung im Lernkontext auftreten. Es sind eine EEG-Studie und eine kombinierte EEG/fMRT Studie geplant, in denen Patienten mit Zwangsstörungen, Patienten mit sozialen Phobien und gesunde Kontrollprobanden untersucht werden. Dabei kommen zwei implizite Lernparadigmen zum Einsatz. Die Auswertung umfasst den Vergleich behavioraler, elektrophysiologischer und neuroanatomischer Korrelate des Lernens und der Handlungsüberwachung sowie genetischer Varianten der dopaminergen Transmission und deren Interaktion. Die Ergebnisse werden Aufschluss geben über erkrankungsbezogene Störungen des belohnungsbasierten Lernens und Entscheidens, Beeinträchtigungen der Feedbackverarbeitung, sowie die Identifikation ihrer neurophysiologischen Korrelate.

Verbundprojekt: Kognitive Entwicklung

Kognitive Entwicklung von Planungsleistungen in Relation zu neuroanatomischen und neurophysiologischen Veränderungen von 4- bis 12-jährigen normalgesunden Kindern und Kindern mit Autismus und ADHD

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Wirtschafts- und Verhaltenswissenschaftliche Fakultät Institut für Psychologie Engelbergerstr. 41 79106 Freiburg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Josef Unterrainer 0761 203-2464 01GW0710 1.094.839 EUR 01.11.2007 - 31.10.2010

Ab welchem Zeitpunkt entwickeln sich spezifische kognitive Funktionen und mit welchen neurophysiologischen und neuroanatomischen Veränderungen gehen diese einher? Zur Beantwortung dieser Frage wird die Hirnaktivität bei 4- bis 12- jährigen Kindern in Längs- und Querschnittstudien während der Bearbeitung von Planungsaufgaben mittels fNIRS ("functional near-infrared-spectroscopy") untersucht, um anschließend im Kernspintomographen deren detaillierte Neuroanatomie zu erfassen. Die Daten werden kombiniert, auf Altersverläufe analysiert und zwischen normalen und entwicklungsgestörten (Autismus und ADHD) sowie hirnverletzten Kindern verglichen. Durch die Zusammenführung von kognitiven, neurophysiologischen und neuroanatomischen Daten derselben Probanden sollen wichtige Erkenntnisse über den Entwicklungsverlauf von Gehirn und Verhalten gewonnen werden. Natürliche Veränderungen im Verlauf des heranwachsenden Kindes werden als Referenz für abnormale Entwicklungen verwendet, um ein besseres Verständnis für neuropsychiatrische Entwicklungsstörungen wie Autismus oder ADHD zu erreichen.

Verbundprojekt: Neuronale Netzwerke der normalen und gestörten Impulskontrolle beim Menschen

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Universitätsklinikum Freiburg Abt. für Psychiatrie und Psychotherapie Hauptstr. 5 79104 Freiburg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Klaus Lieb 0761 270-6681 01GW0730 1.057.908 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

Die kognitive Struktur und die neuronalen Netzwerke der normalen und gestörten Impulskontrolle beim Menschen sollen basierend auf einem gemeinsamen Modell und anhand neurologischer und psychiatrischer Modellerkrankungen untersucht werden. In Teilprojekt 1 werden die Haupt- und Nebenkomponenten der Impulskontrolle anhand von neuropsychologischen Testbatterien bei normalen Probanden charakterisiert. In Teilprojekt 2 wird die Neuroanatomie der Impulskontrolle in Gesunden und bei psychiatrischen sowie neurologischen Erkrankungen mit modernen bildgebenden Verfahren untersucht. Teilprojekt 3 untersucht in einem longitudinalen Design die Auswirkungen therapeutischer Interventionen. In Teilprojekt 4 werden neuronale Netzwerkmodelle mit realistischen anatomischen und physiologischen Annahmen sowie Netzwerke bei Ausführung von Verhaltenstests simuliert. Die im gemeinsamen kognitiven Modell der Impulskontrolle aufgestellten kognitiven Komponenten der Impulskontrolle werden empirisch überprüft. Längerfristiges Ziel ist die Entwicklung neuer, verbesserter sowie individueller Therapieansätze.

Verbundprojekt: Fehlerverarbeitung

Die Rolle des fronto-cingulären Systems bei Fehlerverarbeitung und Konfliktlösung: Implikationen für Schizophrenie und Zwangsstörung

Friedrich-Schiller-Universität Jena Fakultät für Sozial- und Verhaltenswissenschaften Lehrstuhl für Biologische und Klinische Psychologie Am Steiger 3, Haus 1 07743 Jena

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Wolfgang H. R. Miltner 03641 945141 01GW0740 988.220 EUR 01.11.2007 - 31.10.2010

Das Vorhaben soll die Bedeutung des fronto-cingulären Systems für kognitive Kontrolle und Entscheidungen bei Patienten mit Schizophrenie, Zwangserkrankung und gesunden Kontrollen untersuchen. Eingesetzt werden strukturelle und funktionelle Magnetresonanztomographie (MRT, fMRT), Diffusionstensorbildgebung (DTI) und Elektroencephalographie (EEG). Das Vorhaben gliedert sich in fünf Arbeitspakete: Paket 1 erfasst mittels fMRT und EEG Mechanismen der Fehlerdetektion und des Feedback. Paket 2 untersucht mit MRT, fMRT und DTI neuronale Grundlagen konflikthafter Entscheidungen. Paket 3 bestimmt das Ausmaß präfrontaler Gyrifizierung und kortikaler Komplexität. Paket 4 setzt probabilistisches Fibertracking ein. In Paket 5 wird der Fokus auf post-mortem-Analysen gelegt. Profunderes Wissen über die Rolle fronto-cingulärer Regulationsmechanismen bildet die Basis für neue und effektivere Therapiemaßnahmen.

Verbundprojekt: Soziales Handeln

Ein Blick hinter den Spiegel: Neurokognitive Mechanismen sozialer Handlungen und deren Dysfunktionen bei Schizophrenie (TP 1, 4)

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Medizinische Fakultät Universitätsklinikum Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Pauwelsstr. 30 52074 Aachen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Tilo Kircher 0241 80-89637 01GW0751 621.016 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

Ein Blick hinter den Spiegel: Neurokognitive Mechanismen sozialer Handlungen und deren Dysfunktionen bei Schizophrenie (TP 2)

Philipps-Universität Marburg FB 20 Medizin und Universitätsklinikum Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Rudolf-Bultmann-Str. 8 35039 Marburg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Tilo Kircher 06421 58-66219 01GW0901 214.432 EUR 01.01.2009 - 31.12.2010

Aufgabenabhängige Synchronisation der Hirnaktivität während sozialer Kognition (TP 3)

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Universitätsklinikum Schleswig-Holstein Campus Lübeck Klinik für Neurologie Ratzeburger Allee 160 23562 Lübeck

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Ferdinand Binkofski 0451 500-2499 01GW0752 208.144 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

Ziel ist die Identifizierung kognitiver und neuronaler Mechanismen von Wahrnehmung und Ausführung sozialer Handlungen. Die wesentlichen Ziele sind (1) die Verbindung der empirischen und theoretischen Konzepte "common coding" und "Efferenzkopie" mit dem neurowissenschaftlichen Konzept des Spiegelneuronensystems (MNS), (2) die Generalisierung der "common coding"-Theorie auf sozial relevante Handlungen, (3) die Entwicklung einer Verbindung zwischen dem MNS und dem Efferenzkopiesystem auf neuronaler Ebene, (4) die Beschreibung der Ontogenese des MNS auf entwicklungspsychologischer Ebene, (5) die Identifizierung der Mechanismen sozialer Beeinträchtigungen bei Schizophrenie und Störungen aus dem Autismus-Spektrum auf klinischer Ebene und (6) die Übertragung neuer theoretischer Modelle bei Gesunden auf Stichproben mit den genannten Störungen.

Verbundprojekt: Perzeptuelles Lernen

Perzeptuelles Lernen und Plastizität des Gehirns: Experimentelle Analysen und "Computational modeling" (TP 1, 4)

Universität Regensburg Philosophische Fakultät II Institut für Psychologie Universitätsstr. 31 93053 Regensburg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Mark Greenlee 0941 943-3281 01GW0761 529.800 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

Untersucht wird die kortikale Plastizität bei Menschen, um anhand von neuronalen Netzwerkmodellen die Änderungen in neuronalen Verbindungen und synaptischen Vorgängen während des Lernvorgangs besser zu verstehen. Außerdem werden kompensatorische Änderungen bei hirngeschädigten Patienten untersucht. Im TP 1 werden gesunde Probanden beim Training im fMRT untersucht, um Veränderungen in der Hirnaktivierung während des Lernens quantitativ zu erfassen. TP 4 analysiert Probleme der fMRT-Datenanalyse mit neuronalen Netzwerkmodellen von Lernvorgängen. Neue Ansätze werden entwickelt, um die effektive Konnektivität zwischen aktiven Hirnregionen quantitativ zu erfassen. Langfristig ist eine Umsetzung der Ergebnisse in der Behandlung von Patienten mit perzeptuellen Beeinträchtigungen denkbar.

Wahrnehmungslernen nach Schädigung des zentralen visuellen Systems (TP 2)

Ludwig-Maximilians-Universität München Fakultät für Psychologie und Pädagogik Department Psychologie Lehrstuhl für Neuropsychologie Leopoldstr. 13 80802 München

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Josef Zihl 089 2180-3119 01GW0762 234.510 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

TP 2 untersucht die zentralnervösen Grundlagen der funktionellen Reorganisation der visuellen Wahrnehmungsfähigkeit nach erworbener Hirnschädigung. Diese Reorganisation beruht auf der Substitution des Gesichtsfeldausfalls durch kompensatorische Blickbewegungs-Strategien. Vor und nach systematischem Training wird bei Patienten mit homonymen Gesichtsfeldausfällen die ganzheitliche Verarbeitung von Szenen und Textmaterial auf der Verhaltensebene, auf der Ebene der Blickmotorik und mittels fMRT auf der Ebene der Hirnaktivitäten untersucht. Dadurch sollen die an der Steuerung der kompensatorischen Blickmotorik beteiligten Hirnstrukturen und ihre funktionelle Kooperativität identifiziert werden. Die Ergebnisse sollen bestehende Trainingsprogramme für Patienten mit homonymen Gesichtsfeldverlusten optimieren, indem sie Prinzipien der funktionellen Reorganisation der visuellen Wahrnehmung und der Blickmotorik stärker berücksichtigen.

Experimentelle Analyse und "Computational modeling" (TP 3)

Universität Ulm Institut für Neuroinformatik James-Franck-Ring 89081 Ulm

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Heiko Neumann 0731 50 24158 01GW0763 192.261 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

TP 3 untersucht anhand neuronaler Netzwerkmodelle die Lernmechanismen bei der Bewegungswahrnehmung im visuellen Kortex. Die Lernverfahren berücksichtigen biologisch realistische Mechanismen synaptischer Plastizität. Es wird untersucht, wie beim perzeptuellen Lernen Vorwärtsverarbeitung und rekurrente Verarbeitung sowie Rückkopplungen zusammenwirken. In Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern werden Netzwerkmodelle der dorsalen Bahn in den Arealen MT und MST entwickelt und an fMRT-Daten aus TP 1 angepasst. Ergebnisse der Untersuchungen können Details der neuronalen Prozesse und Signalflüsse aufzeigen, die den Mechanismen perzeptuellen Lernens in der Bewegungsanalyse zugrunde liegen. Langfristig können Ergebnisse der Behandlung von Patienten mit perzeptuellen Beeinträchtigungen zugute kommen.

Verbundprojekt: Frontales Operculum

Neuroanatomische Kartierung des frontalen Operculums (TP 1)

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Medizinische Fakultät Universitätsklinikum Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Pauwelsstr. 30 52074 Aachen

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Katrin Amunts 0241 80-85210 01GW0771 293.937 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

Angestrebt wird eine komplette multimodale neuroanatomische Karte des ventralen Frontallappens und von Regionen in den dorsalen Anteilen der Sylviischen Fissur und der benachbarten Insula. Somit wird eine anatomische Referenz für die Lokalisation neuronaler Netzwerke im Frontalkortex, die an verschiedenen Sprachfunktionen beteiligt sind, ermöglicht. Die Kombination zytoarchitektonischer Wahrscheinlichkeitskarten mit Rezeptorautoradiographie, fMRT und DTI wird neue Aussagen über die Beteiligung des frontalen Operculums an Sprache ermöglichen. Die neuroanatomischen Karten können sowohl für grundlagentheoretische als auch für klinische Fragestellungen eingesetzt werden.

Konnektivität der Region des frontalen Operculums (TP 2)

Max-Planck-Institut für neurologische Forschung Gleueler Str. 50 50931 Köln

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Marc Tittgemeyer 0221 4726-215 01GW0772 177.618 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

Ziel ist die Integration funktioneller und anatomischer Bildgebungs-, sowie von zyto- und rezeptorarchitektonischen Daten zur Aufschlüsselung der Bedeutung der Region des frontalen Operculums. Untersucht werden die verschiedenen Aspekte im Zusammenhang der Netzwerkorganisation. Zunächst wird die anatomische Konnektivität der infrage kommenden Hirnregion an einer normativen Gruppe von gesunden Probanden vergleichbaren Alters untersucht. Begleitend sollen Methoden der Modellierung funktioneller Konnektivität angepasst werden, so dass die anatomischen Daten mit funktionellen MRT Daten gemeinsam zur Analyse kortikaler Netzwerke ausgewertet werden können.

Die Funktion des frontalen Operculums und der anterioren Insula in der Sequenzverarbeitung (TP 3)

Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften Stephanstr. 1 a 4103 Leipzig

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Angela Friederici 0341 9940-111 01GW0773 139.080 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

Zwei im Frontalkortex gelegene Hirnareale, das frontale Operculum und die anteriore Insel, sollen funktionell spezifiziert werden. In einer Serie von funktionellen Kernspin-Studien soll die spezifische Funktion dieser beiden Areale für Sequenzverarbeitung bestimmt werden. Da Individuen in ihrer Hirnanatomie variieren, sollen darüber hinaus die individuell zu bestimmenden funktionellen Daten auf die jeweils individuelle, durch Parzellierung gewonnene Neuroanatomie abgebildet werden. In einer Serie von funktionellen Kernspin-Experimenten wird das neuronale Netzwerk für die Verarbeitung einfacher und komplexer syntaktischer Strukturen ermittelt. Zudem werden die funktionellen Daten mit den strukturellen neuroanatomischen Daten über einzelne Hirnareale und deren Verbindungen untereinander abgeglichen. Aus den Ergebnissen sollen Verfahren entwickelt werden, die ein individuelles Funktions-Struktur-Mapping für die Neurochirurgie erlauben.

Verbundprojekt: Soziale Kognition

Intrazerebrales Oxytocin und soziale Kognition im Rattenmodell (TP 1)

Universität Regensburg Naturwissenschaftliche Fakultät III Institut für Zoologie Universitätsstr. 31 93053 Regensburg

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Inga Neumann 0941 943-3053 01GW0781 270.038 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

Die neurobiologischen Mechanismen sozialer Defizite, insbesondere die Aktivität intrazerebraler Netzwerke in der Amygdala und definierter neuropeptiderger Systeme des Gehirns, werden anhand geeigneter Tiermodelle untersucht. Durch neurogenetische und neuropharmakologische Manipulation der Aktivität des Oxytocin-Systems soll die kausale Rolle des Neuropeptides im Zusammenhang mit komplexem Sozialverhalten (soziale Interaktion, soziales Gedächtnis, Empathie) aufgeklärt werden. Als Tiermodelle dienen selektiv gezüchtete Ratten, die sich in ihrer angeborenen Emotionalität und ihrem Sozialverhalten unterscheiden. Da Oxytocin als Neuropeptid des Gehirns eine besondere Rolle bei der Regulation von Sozialverhalten spielt und Dysfunktionen des intrazerebralen Oxytocin-Systems in Zusammenhang mit Störungen des Sozialverhaltens gebracht werden, soll die Dynamik der lokalen Oxytocin-Freisetzung in der Amygdala und im Septum quantifizert werden. Die Ergebnisse werden fundamentale Prinzipien der Regulation von gesundem und defizitärem Sozialverhalten aufdecken, die für die Interpretation von Patientendaten bedeutsam sind.

Die Rolle des emotionalen Netzwerks und der Neuropepid-Modulation in normaler und beeinträchtigter sozialer Kognition (TP 2)

Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf Neurozentrum Institut für Systemische Neurowissenschaften Martinistr. 52 20251 Hamburg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Christian Büchel 040 42803-4726 01GW0782 244.266 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

Der Einfluss des Neuropeptids Oxytocin auf die emotionale Verarbeitung von Gesichtern bei Normalprobanden und Patienten mit Autismus und Borderline-Persönlichkeitsstörung (BPD) wird untersucht. Mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) können mit hoher räumlicher Auflösung die zugrundeliegenden neuronalen Prozesse identifiziert werden. Ein neuartiges Paradigma wird erstellt, mit dem die besondere Rolle der Augen in der Emotionswahrnehmung untersucht werden kann. Neue Kenntnisse sollen genutzt werden, um Einblicke in die Krankheitsentstehung und Prognose bei Patienten mit Autismus und BPD zu erlangen.

Soziale Kognition bei Autismus-Spektrumserkrankungen (TP 3)

Max-Planck-Institut für Bildungsforschung Lentzeallee 94 14195 Berlin

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Hauke Heekeren 030 8240-6620 01GW0783 307.962 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

Ziel ist die Charakterisierung der Rolle der Amygdala und ihres Zusammenspiels mit anderen Hirnstrukturen des emotionalen Netzwerks für sozial-kognitive Prozesse bei Menschen mit Autismusspektrums-Erkrankungen (ASC). Die Effekte von Oxytocin auf Amygdala-Subnuclei werden untersucht. Vier fMRT-Studien werden durchführt, deren Testverfahren die robuste Amygdala-Aktivierung hervorrufen sollten. Die Tests umfassen Aufgaben zur basalen Emotionserkennung und Empathiefähigkeit sowie alltagsnahe Video-basierte Aufgaben zur sozialen Kognition. Eine Gruppe von Menschen mit ASC wird mit einer in Alter, Geschlecht und Bildung parallelisierten Kontrollgruppe in der Bearbeitung dieser Aufgaben sowie der Funktion und Struktur des Gehirns vergleichen. Die Ergebnisse der Studien sollen zu einem besseren Verständnis der Pathophysiologie von ASC beitragen.

Soziale Kognition und Empathie bei der Borderline-Persönlichkeitsstörung (TP 4)

Universität Rostock Medizinische Fakultät Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Gehlsheimer Str. 20 18147 Rostock

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Sabine C. Herpertz 0381 494-9501 01GW0784 265.555 EUR 01.01.2008 - 31.12.2010

Charakterisiert wird die Rolle der Amygdala und ihres Zusammenspiels mit anderen Hirnregionen des emotionalen Netzwerks in alltagsrelevanten sozial-kognitiven Prozessen bei der Borderline-Persönlichkeitsstörung (BPS). Besonders wird geprüft, inwiefern Oxytocin bei der BPS die neuronal vermittelte emotionale Erregung beeinflusst und damit modulierend in Prozesse der Emotionsverarbeitung und der sozialen Kognition eingreift. Ein Experiment gilt der Beeinflussung der Amygdala-Aktivität durch Oxytocin in einem Gesichter-Diskriminations-Paradigma. Im zweiten Experiment wird untersucht, ob an dieser Modulation verschiedene Subkerne der Amygdala differentiell beteiligt sind. Das dritte Experiment widmet sich der Aktivität emotionaler Netzwerke bei der Bearbeitung stark alltagsrelevanter komplexer Aufgaben der sozialen Kognition.

b) abgeschlossene Vorhaben