Perceptuell neurovetenskap – Johan Lundströms forskargrupp

Gruppen Perceptuell neurovetenskap bedriver grundforskning som syftar till en bättre förståelse av den neurala och perceptuella grunden för luktsystemet samt hur luktsystemet interagerar med våra andra sinnen för att tolka vår omvärld.

En del av:

Psykologisk luktforskning

Icke-invasiv mätning av luktbulben

Forskningsnyheter

Johan Lundström får ERC Synergy Grant
Dekorativ bild. Foto: getty images,Getty Images/iStockphoto

Johan Lundström får ERC Synergy Grant

Johan Lundström får ERC Synergy Grant för utveckling av digital doftöverföring

In the brain, bursts of beta rhythms implement cognitive control
Lundqvist figure Foto: N/A

In the brain, bursts of beta rhythms implement cognitive control

Bursts of brain rhythms with “beta” frequencies control where and when neurons in the cortex process sensory information and plan responses. Studying these bursts would improve understanding of cognition and clinical disorders, researchers argue in a new review.

Mer från Perception Neuroscience Lab

Lundstrom funding 2024 Foto: N/A

Finansierat av

Forskningsområden

Luktbearbetning i det perifera olfaktoriska systemet

Hur bygger det mänskliga luktsystemet upp en sammanhängande luktperception, från receptoraktivitet i näsans luktepitel till bearbetning i olfaktoriska cortex? Möjligheten att besvara denna fråga har länge begränsats av att de tidiga stegen i luktprocessandet är svåråtkomliga hos människor. Vi utvecklar metoder för samtida mätningar från det olfaktoriska epitelet, luktbulben och olfaktoriska cortex, och använder dessa metoder för att följa hur luktinformation transformeras genom den tidiga olfaktoriska hierarkin och hur de olika processtegen interagerar. Vi undersöker vidare hur kontext och tidigare erfarenheter formar dessa processer.

Arbetsminne i det visuella och olfaktoriska systemet

Arbetsminnet är det kortvariga minneslagret med begränsad kapacitet som möjliggör resonemang, förståelse och målstyrt beteende. Vi studerar arbetsminne i två sensoriska system med mycket olika representationsstruktur. På det visuella området prövar vi en ny teori att hjärnans förmåga att hålla, manipulera och generalisera information över innehållsdomäner beror på cortex spatiala struktur, där lokal ökad aktivitet styr informationens lokalisering för att stödja kognition. Detta undersöker vi genom spatiotemporala analyser av hjärnaktivitet, inklusive oscillationer och travelling waves, kompletterad med nätverkssimuleringar som prövar teorins beräkningsmässiga kapacitet. På det olfaktoriska området prövar vi om luktminnen kan upprätthållas aktivt på samma sätt som visuella eller verbala minnen, och om semantisk förankring krävs för att genuin upprätthållning ska kunna ske. Genom att kombinera beteendemått och neurala mått undersöker vi hur arbetsminnesmekanismer generaliserar över modaliteter och var de skiljer sig åt.

Kopplingar mellan andning, perception och kognition

Andning är en av livets grundläggande rytmer, med effekter som sträcker sig långt bortom syresättning. Nya fynd visar att vår andning modulerar bearbetningen av enkla perceptuella stimuli, och preliminära data tyder på att andning även kan reglera högre kognitiva processer. Vi vill bestämma hur denna rytmiska aktivitet, som upprepas 9–24 gånger per minut, formar den neurala bearbetningen av perceptuell och kognitiv information, samt identifiera de mekanismer som gör det möjligt för andningssignalen att integreras med sensoriska och kognitiva system i hela hjärnan.

Det olfaktoriska systemets utveckling

Det olfaktoriska systemet följer en utdragen utvecklingslinje där centrala luktregioner fortsätter att mogna långt in i barndomen. Vi är intresserade av hur luktregioner utvecklas vid typisk utveckling på flera nivåer, från genetik till neural bearbetning, och av vad som går fel, och när, vid tillstånd som påverkar luktfunktionen. Särskilt fokus läggs på schizofreni och autism, där olfaktoriska nedsättningar är väldokumenterade men deras utvecklingsmässiga ursprung är dåligt förstått. Vi undersöker även andra neuropsykiatriska tillstånd, med det långsiktiga målet att använda olfaktoriska mått som tillgängliga, tidiga markörer för atypisk neural utveckling.

Neural plasticitet i det olfaktoriska systemet

Vi undersöker hur luktsinnet förändras när dess intryck förändras, med det långsiktiga målet att omsätta dessa fynd kliniskt. En forskningslinje undersöker hur luktdeprivation, från månader vid konduktiva problem till livslång isolerad kongenital anosmi, omorganiserar olfaktorisk neural bearbetning. En andra linje prövar om samma plastiska mekanismer kan utnyttjas för att påskynda återhämtning hos patienter med förvärvad luktdysfunktion. Genom att kombinera friska och kliniska prövningsgrupper kan vi separera konsekvenserna av förlorad insignal från de mekanismer som stödjer återhämtning.

Klinisk behandling av luktdysfunktion

Luktdysfunktioner såsom hyposmi och parosmi medför betydande konsekvenser för livskvaliteten, men effektiva behandlingar är fortfarande få. Vi utvecklar nya terapeutiska metoder och prövar dem i kliniska populationer. Vi genomför också jämförande livskvalitetsstudier mellan patientgrupper, dels för att kartlägga den dagliga bördan av olika former av luktbortfall, dels för att identifiera faktorer som förutsäger vilka patienter som svarar väl på behandling och vilka som inte gör det.

Arbetsminne och generalisering

I detta projekt studerar vi primaters förmåga att generalisera. Arbetsminne avser vår förmåga att tillfälligt hålla en begränsad mängd information i ett särskilt online-tillstånd som gör att vi kan komma åt och manipulera denna information. Avgörande är att dessa förmågor generaliserar till valfri information, inte enbart till information som vi tidigare tränats att utföra sådana manipulationer på. Vi prövar den nya teorin att dessa förmågor, tillsammans med många andra aspekter av generalisering, bygger på att utnyttja cortex spatiala struktur. För att pröva detta studerar vi spatiotemporal dynamik i hjärnaktivitet, inklusive hjärnoscillationer och travelling waves. Vi genomför också nätverkssimuleringar där vi utforskar teorins beräkningsmässiga kapacitet.

Publikationer

Utvalda publikationer

Alla gruppmedlemmars publikationer

Finansiering

Forskningsbidrag

  • Digitising Smell: From Natural Statistics of Olfactory Perceptual Space to Digital Transmission of Odors
    HORIZON ERC Synergy Grants
    1 February 2024 - 31 January 2030
    This proposal is framed by a technological goal: We aim to digitize smell. Achieving this is currently prevented by gaps in basic science. We aim to fill these gaps, culminating in a proof of concept for our model. The primary gap we identify is lack of data on what humans typically smell. Phrased conceptually, in Aim 1 we ask what are the natural statistics of human olfactory perceptual space. We address this in a series of three experiments, highlighted by one where we equip participants with a wearable sampling apparatus we designed and built for this proposal. The apparatus measures sniffing behaviour to identify odor sampling, measures neural activity to verify olfactory perception, takes video of the visual scene, analyses total levels of volatile organic compounds in real time, and collects odor samples for detailed analysis off line. In other words, we generate an olfactory equivalent of Google Street View, with the addition of chemical, perceptual and neural data. Using this we will characterise the natural statistics of human olfactory perceptual space. Moreover, a major contribution of this proposal will be in posting this massive data as a publicly available recourse. Next, in Aim 2 we will use this data to digitize human olfactory perceptual space. We build on a model that allows us to recreate odors using a restricted set of odor primaries. We will test our model in two frameworks: One we call SmelloVision, where we develop the algorithmic framework to generate an odor to match any digital image, and one we call TelleSmell, where we develop a device to sense the environment, the algorithmic framework to transfer the data, and a device to generate the corresponding odor remotely. We provide pilot data for Aim 2 where we sensed an odor in Mainz (Germany), transmitted the data over IP to Rehovot (Israel), where we successfully recreated the smell. This was, as far as we know, the first transmission of odor over IP.
  • Swedish Research Council
    1 January 2023 - 31 December 2026
    The flexible control over the contents of our working memory (WM) frees us from reflexive behavior and supports central cognitive behaviors such as planning and language comprehension. WM capacity is strongly correlated with individual intelligence and it is one of the most studied aspects of human cognition. A major limitation of previous research on visually related WM is that it has typically required experimental subjects to not move their heads or gaze to create a tightly controlled environment. In everyday life, however, gaze position constantly changes as we walk around, turn our heads, and make eye-movements. The focus of this project is to start mapping the mechanisms that underlie WM processes in real-life, dynamic environments. We will conduct a series of behavioral and EEG experiments that utilize instructed eye-movements while subjects use their WM. This will allow us to determine the impact of gaze shifts while maintaining the experimental control of classical WM experiments. We will simultaneously record behavior, EEG, and gaze shifts to allow direct inference. The goal is to understand how WM representations are transformed following gaze shifts to account for the new frame of reference, and how this impacts behavior. This will ultimately provide us with fundamental insights on how we update contents of WM to serve future behavior. The project will therefore provide important insights into the workings of working memory in real life scenarios.
  • Swedish Research Council
    1 January 2022 - 31 December 2025
  • Swedish Research Council
    1 January 2022 - 31 December 2024
  • Swedish Research Council
    1 December 2021 - 30 November 2025
  • European Research Council
    1 June 2021 - 31 May 2026
  • Wallenberg Academy Fellow – fortsättningsanslag.
    Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse
    1 January 2019 - 31 December 2014
  • Swedish Research Council
    1 December 2018 - 31 December 2020
  • Swedish Research Council
    1 January 2018 - 31 December 2021
  • Swedish Research Council
    1 January 2015 - 31 December 2017
  • Wallenberg Academy Fellow
    Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse
    1 June 2013 - 31 May 2018
  • National Institute on Deafness and Other Communication Disorders
    1 January 2009 - 31 December 2012
Lundstrom funding 2024
Lundstrom funding 2024 Foto: N/A

Medarbetare och kontakt

Gruppledare

Alla medarbetare i gruppen

Besöksadress

Karolinska Institutet, Clinical Neuroscience / Division of Psychology, Nobels väg 9, Stockholm, 17177, Sweden

Postadress

Karolinska Institutet, Department of Clinical Neuroscience/Division of Psychology, Nobels väg 9, Stockholm, 17177, Sverige

Perceptual neuroscience

Alumni

Grigorios Iakovidis, Research engineer

Arnika Pehl, Master’s student

Jonatan Nordmark, Postdoc

Anna-Laura Toth, Research assistant

Moa Peter, PhD student

Johannes Frasnelli, Guest professor

Laura Dukek, Master’s student

Marie Michaels, Master’s student

Behzad Iravani, PhD student

Putu Agus Khorisantono, Postdoc

Andri Savva, PhD Student

Janina Seubert, Senior Researcher

Kathi Prenner, Master’s Student

Andreas Westerdahl, Lab manager

Danja Porada, PhD student

Robin Fondberg, PhD student

Amy Gordon, PhD student

Cécilia Tremblay, PhD student

Milena Di Chira, Master’s Student

Christina Rossi, Master’s Student

Georgia Sarolidou, PhD student

Caitlin Hrysanidis, Master’s Student

Ida Siemens Lorenzen, Master’s Student

Daphnée Poupon, Master’s Student

Alessandro Davoli, Bachelor’s Student

Riccardo Bertaccini, Bachelor’s Student

Christina Schmitter, Bachelor’s Student

Alberto Frigieri, Bachelor’s Student

Barbara Feytl, Master’s Student

Harald Melin, Research assistant

Emilia Johansson, Research engineer

Belinda Miggitsch, Master’s Student

Mirella Engelhardt, Master’s Student

Sissie Carlsen, Master’s Student

Sidney Lind, Internship Student

Anna Belska, Visiting Student

Saskia Borg, Visiting Student

Team

Team Arshamian
Artin Arshamian Foto: Bildmakarna

Team Arshamian

Artin Arshamians team "The Embodied Perception and Cognition Group" studerar luktsystemet vid skärningspunkten mellan psykologi, kultur, neurovetenskap och medicin. Genom att utnyttja de distinkta egenskaperna hos luktsinnet får vi insikter i hur våra förkroppsligade upplevelser påverkar perception och kognition.

Team Lundqvist
Mikael Lundqvist Foto: Johan Liljefors

Team Lundqvist

Mikael Lundqvists team "The Computational Cognition Group" är intresserad av de neurala mekanismer som ligger till grund för kognition. Vi studerar hur neural dynamik stödjer förmågor såsom att temporärt hålla saker i minnet, planera eller prioritera sensorisk information. Vi har en teoribaserad approach där vi använder neurala nätverkssimuleringar för att skapa prediktioner som vi sedan testar i experimentella data från människor och djurmodeller.