Priors and Inference in Superior colliculus during Movement

Opis projektu

Przewidywanie w celu ukierunkowania ruchu

Zwierzęta nie tylko reagują na otoczenie, ale także nieustannie przewidują, co nastąpi dalej. Wykorzystują dotychczasowe doświadczenia do podejmowania szybkich i elastycznych decyzji. Zrozumienie, w jaki sposób mózg tworzy i aktualizuje te przewidywania podczas naturalnych zachowań, pozostaje fundamentalnym wyzwaniem neurobiologii. Przy wsparciu programu działania „Maria Skłodowska-Curie” badacze z projektu PRISM będą opracowywać nowatorskie zadanie behawioralne, w którym myszy będą ścigać ruchomy cel podlegający regułom probabilistycznym, co umożliwi rygorystyczne badanie oczekiwań i przewidywań. Wykorzystując elektrofizjologię o wysokiej gęstości oraz narzędzia optogenetyczne u swobodnie poruszających się zwierząt, naukowcy będą badać, w jaki sposób wzgórek górny – kluczowy ośrodek śródmózgowia odpowiedzialny za integrację czuciowo-ruchową – reprezentuje i aktualizuje wewnętrzne prognozy. Badanie to rzuci nowe światło na neuronalne podstawy adaptacyjnego podejmowania decyzji.

Cel

To survive, animals must do more than react to immediate sensory input; they must predict what is likely to happen next. This ability to integrate past experience with current information is essential for fast and adaptive decision-making. Yet how the brain forms, updates, and uses such expectations during natural behavior remains poorly understood, particularly in naturalistic settings where sensory cues are ambiguous, and decisions must be made rapidly and flexibly.
In this project, I will develop a novel behavioral task in which mice pursue a physical target moving according to probabilistic rules, bridging the gap between classical conditioning paradigms and naturalistic goal-directed behavior. By changing these rules, I will examine how mice form internal models of their environment and adapt to new patterns. I will test whether animals show predictive behaviours that reflect prior expectations, especially when sensory input becomes uncertain. Their behaviour will be interpreted within a Bayesian inference framework, allowing rigorous comparison to an ideal observer model.
At the neural level, I will focus on the superior colliculus, a midbrain hub involved in integrating sensory information to guide movement. Using high-density electrophysiology in freely moving animals, I will investigate how prior expectations are represented and updated in real time. I will complement this with targeted manipulations of inputs to the superior colliculus using optogenetic and chemogenetic tools to test how these circuits contribute to forming and updating internal models.
While I already have strong expertise in behavioural tracking and neuronal recordings, this project will provide me with essential training in Bayesian modelling and causal circuit perturbation, key tools for next-generation systems neuroscience. Hosted at a world-renowned institute, this fellowship will deepen my interdisciplinary skillset and support my transition toward an independent research career.