Det overordnede målet til Senter for hjernebarkalgoritmer (CAC) er å avdekke de grunnleggende beregningsreglene som styrer høyere-nivå hjernefunksjoner, inkludert sanseoppfatning, motorisk planlegging, navigasjon, hukommelse og tidsoppfatning. Vår tilnærming til dette omfatter flere arter – fra fisk til gnagere og mennesker – og ulike områder i hjernebarken. Med avanserte verktøy som muliggjør både storskala nevral registrering og presis påvirkning av aktiviteten i tusenvis av samhandlende nevroner, søker CAC å avdekke hvordan høyere kognitive funksjoner oppstår fra kollektive nevrale dynamikker, om hjernealgoritmer gjenbrukes på tvers av atferd, og hvordan beregningsprinsipper oppstår gjennom evolusjon og utvikling.
For 2025 ønsker vi å fremheve følgende oppdagelser og utviklinger:
Moser-gruppen har i 2025 vist at populasjonskoder i gitterceller og stedceller beveger seg i et regelmessig mønster innenfor enkeltstående 125-ms thetasykluser og brer seg utover i rommet fra dyrets posisjon i et venstre-høyre-mønster, uavhengig av om dyret noen gang besøker lokasjonene. Slike «sveiper» er en effektiv mekanisme for å kartlegge omkringliggende steder. I en annen studie viste Moser-gruppen hvordan tid kodes av populasjonsaktivitet i laterale entorhinale cortex og hvordan spesialiserte aktivitetsmønstre i denne regionen kan segmentere kumulative aktivitetsmønstre i diskrete tidsenheter før de lagres i hukommelsen.
Forskere ved CAC undersøker også hvordan sanse¬systemene omdanner sensoriske impulser til interne representasjoner som brukes til å ta beslutninger og handle. I 2025 fortsatte Whitlock-gruppen arbeidet med å måle ansiktsaktivitet i den pågående studien av nevrale kodinger av kroppsholdning hos gnagere. Ved bruk av ansiktssporing har de vist at: (i) nevrale populasjoner i den bakre parietale hjernebarken og sensoriske hjernebarker i fellesskap koder for hodeposisjon og værhårsdynamikk; (ii) gnageratferd, som spising, kan analyseres basert på tilstanden til værhårene; og (iii) ansiktet kan brukes som en indikator for visuell mismatch-deteksjon hos dyr som beveger seg fritt. Nigro-gruppen undersøkte aktiviteten til hundrevis av nevroner i alle nivåer av et kortikalt nettverk under berøringsstimulering hos mus. Analyser av populasjonsaktiviteten viste at nevrale responser blir mer abstrakte i perirhinal cortex, en multisensorisk region som er viktig for minnedannelse. Videre undersøkelser vil sette søkelys på hvordan ulike sensoriske input samhandler i dette området og overføres til hukommelsessystemet.
Et annet hovedfokus for senteret er utvikling og evolusjon av kortikale systemer. Yaksi-laboratoriet har arbeidet med å identifisere den molekylære og funksjonelle arkitekturen til forhjernen hos sebrafisk, som evolusjonært er beslektet med hjernebarken hos pattedyr. De har laget et molekylært atlas over sebrafiskforhjernen og kartlagt evolusjonære homologier mellom sebrafisk-, reptil- og pattedyrhjernebark. I tillegg har de identifisert input/output-arkitekturen til sebrafiskens forhjerne, og de undersøker nå nevrale beregninger i disse strukturene knyttet til sensorisk integrasjon og læring.
Ziaei-gruppen utforsker hvordan den menneskelige hjernen endres med alderen og hvordan dette påvirker følelsene våre. De har oppdaget at et lite område i hjernestammen, kalt locus coeruleus, spiller en nøkkelrolle i bearbeidingen av sosiale og emosjonelle signaler fra ansikter. Locus coeruleus’ forbindelser med andre hjerneområder er knyttet til velvære hos eldre voksne. Funnene viser også at selv om aldring fører til endringer i nettverkene i hjernen, finnes det individuelle forskjeller i noen nettverk som er involvert i emosjonsregulering. Disse fremmer motstandskraft hos enkelte eldre personer, mens andre opplever sårbarhet for psykiske lidelser.
Since the birth of philosophy, humans have pondered the origin of the mind, or our ability to consciously perceive and analyse past, present and future experience to interact intelligently with the world. Today, intellectual functions such as sensory perception, memory, imagery, planning and decision-making are known to reflect neural processing in the cerebral cortex, the sheet of uniformly organised tissue covering the cerebrum. Yet the neural algorithms of the cortex – its computational rulesets – have remained in the dark because information in the cortex is distributed across billions of tiny synapses that connect intermixed, widespread populations of neurons. We now have an unprecedented opportunity to overcome this elusiveness. New experimental technology and new tools for large-scale data analysis and modelling allow activity patterns – and algorithms – to be extracted at unprecedented precision from thousands of simultaneously active cortical neurons. We propose to take advantage of the emerging opportunities by bringing together 12 research groups at the Kavli Institute for Systems Neuroscience in a Centre for Algorithms in the Cortex (CAC). The overarching mission of CAC is the use of new technology to identify the fundamental rulesets of higher-order neural-circuit computation in the cortex. A steppingstone will be the Nobel-awarded insights from hippocampal-entorhinal circuits obtained at CAC’s parent centres, but the CAC itself will be transformative in extracting the domain-general algorithms underlying cognitive operations. To facilitate this paradigmatic switch, we have recruited a new generation of independent investigators, who will help acquire large-scale data from diverse higher-order cortical systems, at different stages of development and across species, hand in hand with theoretical model development. By identifying neural-circuit codes in these data, the CAC shall pioneer the next decade’s deep dive into the mechanistic basis of cognition.
