Onderzoeksproject P6/29 (Onderzoeksactie P6)
De hoofddoelstellingen van dit IUAP project zijn:
1. Het bestuderen van het visuele systeem en van het verband hiervan met de delen van de hersenen die de motorische en executieve functies alsook het geheugen ondersteunen.
2. Een ondersteuning bieden aan de cognitieve neurowetenschappen in België. Omwille van de verscheidenheid aan onderzoeksdomeinen bij de verschillende deelnemende groepen omvat dit project een brede waaier aan onderzoeksthema’s, die allemaal bestudeerd zullen worden bij de menselijke en niet-menselijke primaten: het visuele systeem en de modificaties hiervan door de aandacht en het leren; het geheugen en de hogere visuele functies, controle van acties (uni- en bimanueel), cerebellum, slaap en de geheugenconsolidatie, het werkgeheugen en de executieve functies; kwantitatieve en sequentiële verwerking, DTI (diffusion tensor imaging) en connectiviteit.
De versteviging van de banden tussen de bovengenoemde onderzoeksthema’s zal verwezenlijkt worden op drie manieren. Ten eerste, de coördinerende groep (KUL-N&P) bestudeert midden tot hoog niveau gebieden van het visuele systeem in de menselijke en niet-menselijke primaten. Deze gebieden bevatten de output stations van het visuele systeem, die interageren met de andere cortexsystemen zowel in een anterograde (door de verwerkte visuele signalen te leveren voor de actie observatie en de kwantitatieve verwerking) als in een retrograde richting in het geval van de verschillende vormen van controle (aandacht, inhibitie). Ten tweede, vele onderwerpen vereisen meervoudige verwerkingsniveaus, bijvoorbeeld het leren en de bimanuele coördinatie. Ten derde, de coördinerende groep heeft een baanbrekend onderzoek verricht in de ontwikkeling van de fMRI bij de wakkere aap. Deze toepassing is onmogelijk weg te denken bij de vergelijking van de beeldvorming bij de mens en de invasieve studies bij de aap. De publicaties van KUL-N&P tonen aan dat deze groep de meest productieve is ter wereld in het domein van wakkere aap fMRI.
3. Het uitvoeren van gemeenschappelijke experimenten: het opzet van deze experimenten steunt op de integratie van de expertise in de cognitieve neurowetenschappen in de gemeenschappelijke beeldvormingstudies bij de mens enerzijds en op de koppeling van de beeldvorming bij de mens en de studies bij de aap anderzijds gericht op dezelfde cognitieve functies/paradigma’s.
4. Een onafhankelijkheid bieden aan jonge wetenschappers: De coördinerende groep en meerdere overige deelnemende onderzoeksgroepen zijn “multi-PI” en de gemeenschappelijke experimenten zullen geleid worden door deze onafhankelijke wetenschappers.
5. Een nieuwe onderzoeksrichting opgenomen in dit project is de lokalisatie van functies voor de beeldvorming bij de mens door het verlaten van locale maxima’s (zoals gebruikt in het programma SPM, die zowel een deel van een corticaal gebied, als een corticaal gebied zelf of een groep van corticale gebieden kunnen vertegenwoordigen, bvb. LOC - lateral occipital cortex) en de functionele “regions of interest” (ROI, die geen anatomische basis bezitten). We zullen de rode draad van de aap fMRI volgen om de corticale gebieden te definiëren zodat het anatomische aspect van de functionele lokalisatiestudies aanzienlijk verbeterd zal worden. De nieuwe corticale kaarten zullen opgemaakt worden (door het gebruik van Caret) waarin de resultaten verkregen uit verschillende studies in dit consortium geïntegreerd zullen worden.
6. Het gemeenschappelijke gebruik van technologische ontwikkelingen: in vivo tractografie, intergratie fMRI/EEG en functionele connectiviteit.
7. Het oprichten van de beeldvormingfaciliteiten die toegankelijk zullen zijn voor de andere groepen met in het bijzonder de aap beeldvorming bij de coördinerende ploeg (KUL-N&P)
Partnerschap:
Dit consortium omvat acht ploegen uit zes verschillende universiteiten, waaronder één uit Italië. Meerdere onderzoeksgroepen hebben reeds met succes samengewerkt aan een Europees project of de voorafgaande fazen van de IUAP.
Werkplan:
Het project is opgesplitst in zes werkpakketen (WP) en omvat in totaal twaalf gemeenschappelijke experimenten of groepen van experimenten.
WP1: Het perceptuele, motorische en cognitieve leren (KUL-N&P, ULg, KUL-PAC, UG, UA).
Dit werkpakket zal gebruik maken van de single cell metingen, wakkere aap en mens fMRI om de neuronale veranderingen geïnduceerd door het leren op een laag en hoog niveau te bestuderen en zal visueel, motorisch en cognitief leren met elkaar vergelijken.
WP2: Spatiale aandacht (KUL-N&P, KUL-CNI, UNIPR, UMH).
Door middel van single cell metingen, wakkere aap en mens fMRI zal hier het neuronale mechanisme van de spatiale aandacht onderzocht worden. Dit werkpakket steunt hoofdzakelijk op de recent ontwikkelde microstimulatie-in-the-magnet techniek die zal dienen om de frontale controle bij aandacht te ontrafelen alsook als een in vivo tractografie techniek.
WP3: Gecontroleerde geheugenprocessen (ULg, KUL-CNI, UG, KUL-PAC).
In dit werkpakket zal getracht worden de verschillende theorieën over de rol van de gecontroleerde (aandachts)processen in werk- en prospectief geheugen te vergelijken. Hiervoor zal de beeldvorming bij de mens en de gedragstechnieken gebruikt worden.
WP4: Actieobservatie en motorische planning (KUL-N&P, KUL-PAC, ULg, UA, UG, KUL-CNI, UNIPR).
Door middel van single cell metingen, wakkere aap en mens fMRI zullen de actie observatie op visueel en premotorisch niveau, executie van actie en de hogere visuo-motorische verwerking (inclusief imitatieleren en inhibitie) onderzocht worden.
WP5: Opdeling van de menselijke hersenschors in de intrapariëtale sulcus (KUL-N&P, KUL-CNI, KUL-PAC, UG).
De menselijke beeldvorming zal toelaten om de hersenschors in en rond de intrapariëtale sulcus op te delen in corticale gebieden steunend op visuele en kwantitatieve taken en probabilistische tractografie.
WP6: Technologische ontwikkelingen (KUL-N&P, KUL-CNI, ULg, UA, UMH, UNIPR).
Door middel van single cell metingen, wakkere aap & mens fMRI en computationele technieken zal men een vergelijking kunnen maken tussen de in vivo tractografie en histologie, de functionele connectiviteit kunnen onderzoeken uit de multi-elektrodemetingen en het neuronale substraat exploreren van slaap en adaptatie.
