Neural mechanisms of planning and problem solving in prefrontal cortex

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Planungs- und Problemlösungsprozesse beinhalten als wesentliche Merkmale die Prädiktion zukünftiger Situationen, die Evaluation von Situationen bezüglich ihrer Nähe zum angestrebten Zielzustand und den Aufbau zeitlicher Sequenzen von Aktionen, die vom gegenwärtigen Zustand zum Zielzustand führen. Seit längerem ist bekannt, dass Areale des präfrontalen Cortex und das dopaminerge System in unterschiedlicher Weise an diesen kognitiven Funktionen beteiligt sind. Jedoch ist bislang weitgehend unklar, welche neuronalen und biophysikalischen Mechanismen diesen Funktionen zugrundeliegen, d. h. wie die entsprechenden computationalen Vorgänge neuronal realisiert sind. Der vorliegende Antrag versucht mit in vitro-elektrophysiologischen und neurocomputationalen Methoden die Brücke zu schlagen zwischen biophysikalischen Mechanismen im Nervensystem und den durch sie realisierten kognitiven Operationen. Projekte 1 und 2 behandeln die funktionellen Implikationen der dopaminergen Modulation von neuronalen Prozessen im präfrontalen Cortex. Projekte 3 und 4 behandeln die Frage, wie eine neuronale Dynamik, die durch in vitro-Experimente ermittelte biophysikalische Mechanismen implemetiert, Prädiktionen, Evaluationen und flexible zeitliche Sequenzen hervorbringen kann. Die hier vorgeschlagenen Studien stellen damit erste Schritte zu einer biophysikalisch spezifizierten Theorie von Planungs- und Problemlösungsprozessen dar.