2. Das menschliche Spiegelneuronensystem (WIN-Programm)

Eine Möglichkeit, trotz dieser Beschränkungen mehr über das menschliche
Spiegelneuronensystem zu lernen, besteht in der theoretischen Modellierung
der beteiligten Zellverbändc. Die mathematische Beschreibung der Aktivität von
Neuronennetzwerken und die Simulation der dadurch bestimmten Dynamik er-
möglicht es, die Indikatoren der nicht-invasiven Messverfahren zu schätzen, mit
den tatsächlich gemessenen Werten zu vergleichen und so die freien Parameter des
Modells an die experimentellen Daten anzupassen. Damit sind Aussagen über die
Physiologie der Zellverbände möglich, da die Parameter des Modells im direkten
Zusammenhang zu biophysikalischen Eigenschaften der Spiegelneuronen stehen.
Zudem kann mithilfe einiger weniger Zusatzannahmen auch die Funktion der
Spiegelneuronen in einem simulierten Netzwerk nachgebildet werden.
Im durchgeführten Projekt wurde eine multimodale Erfassung von Indika-
toren der Spiegelneuronenaktivität (Verhaltensmaße, fMRT und EEG) während
Kernprozessen sozialer Kognitionen (Imitation emotionaler Gesichtsausdrücke,
Empathie, Emotionserkennung und Theory of Mind) mit computational modelling
kombiniert. Zudem erfolgte eine Erfassung von Einflussfaktoren auf Spiegel-
neuronenaktivität (Deaktivierung von Hirnarealen mit transkranialer Magnet-
stimulation (TMS) sowie Genotypisierung in Bezug auf das dopaminerge und
oxytocinerge Neurotransmittersystem) innerhalb desselben Probandenkollektivs.
Die Verbindung der verschiedenen Messmethoden ermöglichte es, der Aktivität
der Spiegelneuronen so nahe zu kommen, wie es mit nicht-invasiven Methoden
möglich ist. Auf Basis dieser Daten ist ein mathematisches Modell des mensch-
lichen Spiegelneuronensystems entstanden, das eine bisher unerreichte Aussa-
gekraft über die physiologischen Eigenschaften und die zeitliche Dynamik der
beteiligten Zellverbände ermöglicht.
Verlauf des Projekts
Das Projekt gliederte sich in zwei Förderperioden. Die erste Periode (2014 — 2017)
konzentrierte sich auf die Erforschung der Physiologie des menschlichen Spie-
gelneuronensystems, während in der zweiten Periode (2017 — 2019) die Untersu-
chung seiner Funktion im Fokus stand.
Erste Förderperiode
Die Experimente der ersten Förderperiode erstreckten sich über zwei Messter-
mine. Beim ersten Termin wurden die Effekte der Aufgaben auf die Gehirnak-
tivierung an 80 Probanden über drei Aufgaben der sozialen Kognition hinweg
untersucht. Zu diesem Zweck wurde eine simultane EEG-fMRT-Messung durch-
geführt. Bezüglich der EEG-Daten wurde kürzlich eine unabhängige Stichprobe
erhoben, die die sozial-kognitiven Aufgaben ohne eine parallele fMRT-Messung
bearbeitet hat, um die EEG-Ergebnisse aus der simultanen Messung zu validieren.

359