FG Helfrich

Intrakranielle Kognitive Neurophysiologie

Unsere Arbeitsgruppe erforscht die neuronalen Mechanismen, die höheren kognitiven Prozessen wie Aufmerksamkeit oder Gedächtnis zugrunde liegen. Insbesondere gehen wir der Frage nach, wie es dem Gehirn gelingt, aus den sich unablässig ändernden Gehirnwellen einen zeitlich zusammenhängenden Sinneseindruck entstehen zu lassen. Unser Interesse konzentriert sich dabei vor allem auf den präfrontalen Kortex, von dem wir vermuten, dass er die entscheidende Rolle bei der Integration, Interpretation und Umsetzung eines daraus folgenden Handlungsplanes spielt. Dazu untersuchen wir vor allem periodische Fluktuationen im Verhalten (z.B. natürliche Schwankungen der Aufmerksamkeit) als direkten Spiegel der zugrundeliegenden neuronalen Oszillationen. Das Verhalten beeinflusst aber auch das Gehirn selbst, so dass sich z.B. neuronalen Oszillationen im darauffolgenden Schlaf verändern und so Erinnerungen abgelegt werden. Sowohl im Wachzustand als auch im Schlaf arbeitet eine Gehirnregion nie alleine, sondern immer in einem komplexen Netzwerk aus kortikalen und subkortikalen Strukturen. Eine krankheitsbedingte Veränderung in einer Region oder im gesamten Netzwerk kann diese Zusammenarbeit stören und zu Einschränkungen in Konzentration und Merkfähigkeit führen. Um zu verstehen, wie verschiedene neurologische und psychiatrische Erkrankungen höhere kognitive Prozesse beeinflussen, untersuchen wir neben gesunden Probanden auch verschiedene Patientenpopulationen.

Eine ausführliche Beschreibung der Ziele unserer Forschung finden Sie hier in englischer Sprache.

Interessenten für eine Abschlussarbeit (Bachelor/Master), eine Doktorarbeit (Ph.D. oder Dr. med.) oder eine Postdoc-Stelle in unserer Gruppe schicken bitte eine E-Mail mit Ihren Forschungsinteressen und Lebenslauf an randolph.helfrichmed.uni-tuebingen.de oder schauen unter "Stellenangebote".

Weitere Informationen: www.helfrich-lab.com

Google Scholar: scholar.google.de/citations

Twitter: twitter.com/HelfrichLab

ORCiD: https://orcid.org/0000-0001-8045-3111

In English only

I. Rhythmic building blocks of human attention: How network oscillations link perception and action.

Attention is a fundamental cognitive function necessary to efficiently translate  sensory experiences into goal-directed actions . Traditionally, attention has been conceptualized as a constant spotlight that amplifies behaviorally-relevant information. Recently, several lines of inquiry probing attention on a fine-grained temporal scale revealed frequency-specific behavioral fluctuations that align with ongoing brain oscillations, indicating that attention is a discrete process. Our aim is to understand the structural and functional basis as well as the physiologic purpose of attentional rhythmic fluctuations.

See also: Helfrich et al. (2018b) Neuron, Helfrich et al. (2019) Current Opinion in Psychology

II. Context-dependent predictive processing in human prefrontal cortex.

Over the last few decades, several lines of research indicated that the prefrontal cortex (PFC) provides the structural basis for goal-directed behavior based on endogenous predictions, but its functional architecture is not well understood. Our goal is to investigate how predictions are implemented in the human brain to optimize sensory processing and goal-directed behavior.

Background reading Helfrich and Knight (2016) Trends in Cognitive Sciences; Helfrich et al. (2017) PNAS, Weber et al. (2022) bioRxiv preprint

III. (Patho-) Physiology of human memory networks during wakefulness and sleep

Hippocampus-Prefrontal interactions are central to memory formation in the human brain. Critically, this network also constitutes a predilection site for various pathological entities that are associated with memory deficits. Our goal is to further dissect and understand the network circuitry underlying memory disorders in various patient populations (epilepsy, stroke and degenerative diseases)

Additional information: Helfrich et al. (2018a) Neuron; Hahn et al. (2020) eLife; Helfrich et al. (2021) Trends in Cognitive Sciences; Hahn et al. (2022) eLife; Lendner et al. (2022) bioRxiv preprint

IV. Principles of neuronal network organization in the sleeping and the unconscious (anesthesia, coma) brain.

How do different network states impact different behavioral states? Understanding principles of network organization is critical to understand disorders of consciousness. We will work with several patient populations to understand large-scale network mechanisms underlying reduced arousal states.

See also Helfrich et al. (2019) Nature Communications; Lendner, Helfrich et al. (2020) eLife

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