Europäische Union fördert Projekt zum Repräsentationsdrift

Der Europäische Forschungsrat (ERC) fördert ein neues Projekt der Universität des Saarlandes zum Repräsentationsdrift mit zwei Millionen Euro.

An einem vertrauten Ort finden wir uns auch Wochen später noch zurecht. Unser Gehirn speichert dafür ein Modell der Umgebung ab. Diese innere Darstellung der Außenwelt ist jedoch nicht gleichbleibend in einer bestimmten Gehirnregion hinterlegt. Sie wandert herum und wird laufend „neu konfiguriert“, obwohl sich unser Verhalten nicht ändert. Im Fachjargon wird das Phänomen als Repräsentationsdrift bezeichnet. Jonas-Frederic Sauer, Physiologie-Professor der Universität des Saarlandes, will dies nun genauer erforschen.

„Wenn wir die Straße entlanggehen, in der wir wohnen, oder unser Lieblingsessen riechen, fühlt sich das von einem Tag zum nächsten nicht anders an. Dennoch sind die damit verbundenen neuronalen Darstellungen im Gehirn unterschiedlich“, beschreibt Sauer. Unser Verhalten und die Wahrnehmung unserer Umgebung bleibt also gleich, während sich die Abläufe, die dafür im Gehirn hinterlegt sind, laufend verändern. „Wir wissen heute sehr genau, welche Hirnregionen aktiviert werden, wenn wir uns in einem Raum orientieren wollen, dabei bestimmte Geräusche erfassen oder vertraute Gerüche wahrnehmen. In bildgebenden Verfahren können wir jedoch sehen, dass sich die Aktivitäten der beteiligten Neuronen immer wieder, also über mehrere Wochen hinweg, verändern und einzelne Hirnregionen davon unterschiedlich stark tangiert sind“, erklärt Sauer.

Stabile Kommunikation der Hirnareale trotz stetigem Wandel

Erst kürzlich hat sein Forschungsteam festgestellt, dass der präfrontale Kortex sich weniger stark verändert als andere Hirnregionen. „Dort scheint die neuronale Kodierung also stabiler verankert zu sein als etwa im Hippocampus, in dem Ortszellen hinterlegt sind, die uns bei der räumlichen Orientierung helfen. Auch die Hirnregionen, in denen wir sensorische Informationen wie Gerüche verarbeiten, sind einem stärkeren Wandel unterworfen“, erklärt der Physiologie-Professor. Warum wir uns dennoch gleichbleibend verhalten und an viele Dinge unverändert erinnern können, ist ein noch ungelöstes Rätsel der Wissenschaft. „Dieser Frage wollen wir uns in unserem Forschungsvorhaben annähern und untersuchen, wie die einzelnen Hirnregionen miteinander kommunizieren. Insbesondere wird es um die Frage gehen, wie Hirnareale sich stabil austauschen können, auch wenn in diesen der Repräsentationsdrift mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abläuft“, sagt Jonas-Frederic Sauer. Dabei wird sein Forschungsteam verschiedene Methoden einsetzen, angefangen von bildgebenden Messtechniken über die Elektrophysiologie bis hin neuartigen Rechenverfahren.

Vorbild für künstliche neuronale Netzwerke

Diese Grundlagenforschung soll dazu dienen, besser zu verstehen, wie neuronale Netzwerke Informationen aus der Umgebung verarbeiten. „Dies spielt auch eine Rolle bei der Frage, wie wir lernen und Inhalte langfristig abspeichern. Unsere Erkenntnisse werden aber sicherlich auch für das Forschungsgebiet der Künstlichen Intelligenz von Interesse sein, da sich das menschliche Gehirn in der Evolution laufend optimiert hat und daher auch für künstliche neuronale Netzwerke als Vorbild dienen kann“, berichtet der Physiologie-Professor.

Das Projekt „Deciphering the logic of representational drift and its conversion to stable readouts“ wird in den kommenden fünf Jahren mit insgesamt rund zwei Millionen Euro vom ERC gefördert. Start wird voraussichtlich Mitte 2026 sein.