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Articles by Valentin Dragoi in JoVE
JoVE Neuroscience
Esaminando l'elaborazione locale di rete che utilizza multi-contatto laminare elettrodi di registrazione
1Graduate School of Biomedical Science, Neuroscience Program, University of Texas, 2Department of Neurobiology and Anatomy, University of Texas
Una questione fondamentale nella nostra comprensione di circuiti corticali è come le reti in diversi strati corticali codifica le informazioni sensoriali. Qui, descriviamo le tecniche elettrofisiologiche che utilizzano multi-laminare contatto elettrodi per registrare singola unità e potenziali di campo locale e le analisi per identificare i presenti strati corticali.
Other articles by Valentin Dragoi on PubMed
Una Teoria Dinamica Di Acquisizione E Di Estinzione Nell'apprendimento Operante
Questo articolo propone un nuovo quadro di rete neurale per comprendere sia i transitori e asintoti dell'apprendimento operante (strumentale). La teoria dimostra che interazione tra meccanismi di memoria di breve e lungo termine semplice è sufficiente a spiegare un gran numero di fenomeni operante. Effetti a breve e a lungo termine di rinforzo e di come questi effetti modulano la risposta operante, come romanzo descrive gli eventi rilevati e trattati, e come loro conseguenze inoltre modulano la risposta operante. Le caratteristiche critiche della teoria presente sono: (1) speranza di rinforzo è definito come la previsione di aggregata delle associazioni risposta-rinforzo e stimolo-rinforzo; (2) l'aspettativa di rinforzo controlla la velocità di aumento della risposta operante; (3) la risposta è controllata da un'unità di inibizione comportamentale che integra la mancata corrispondenza tra previsto (lungo termine) e con esperienza (breve termine) eventi. Il modello prevede le caratteristiche generali dei diversi fenomeni operante come selezione di risposta, lo sviluppo di preferenza sotto diverse manipolazioni della probabilità di rinforzo, contrasto negativo, effetto di rinforzo parziale estinzione e recupero spontaneo. Implicazioni della teoria del presente per altri fenomeni di condizionamento, condizionamento classico e del comportamento di evitamento sono suggerite. Copyright 1997 Elsevier Science Ltd. Tutti i diritti riservati.
Plasticità Corticale: Tempo Per Un Cambiamento
Due recenti studi hanno testato se si applicano regole di apprendimento sinaptico, dedotte in precedenza dal lavoro su colture cellulari e fette di cervello, nel cervello intatto. L'evidenza indica che lo fanno e rivela interessanti implicazioni per lo sviluppo del cervello e l'apprendimento percettivo.
Un Modello Di Feedforward Degli Effetti Soppressivi E Facilitatory Assuefazione
Semplice esposizione alla stimolazione ripetitiva è noto per indurre effetti a breve termine di apprendimento attraverso una vasta gamma di specie. Questi effetti possono essere soppressivo e facilitatory a seconda delle condizioni di stimolo: presentazione ripetitivo di un debole stimolo diminuisce la forza della risposta (assuefazione), considerando che la presentazione di uno stimolo tonico dopo una serie di stimoli deboli transitoriamente aumenta la forza di risposta (dishabituation). Anche se questi fenomeni sono stati esaurientemente caratterizzati a livello comportamentale e cellulare, la maggior parte dei modelli esistenti di non associative concentrarsi esclusivamente sui cambiamenti soppressivi o facilitatory in risposta di apprendimento e non tentare di correlare eventi cellulari al comportamento. Propongo qui un modello di feedforward degli effetti di assuefazione che spiega soppressivi e facilitatory cambiamenti in risposta basandosi sull'interazione tra processi inibitori ed eccitatori che si sviluppano in parallelo su due diverse scadenze. Le proprietà del modello vengono utilizzate per spiegare la proprietà di sensibilità del tasso di assuefazione e dishabituation di recupero e di stimolo.
Dinamica Della Sensibilità Neuronale Nella Corteccia Visiva E Discriminazione Caratteristica Locale
Un aspetto sorprendente delle scene naturali è che caratteristiche di immagine come l'orientamento della linea sono fortemente correlati alle vicine località spaziale ma non in luoghi distanti. Così, durante la visione di una scena, movimenti oculari sono spesso accompagnati da un cambiamento nella struttura di orientamento dell'immagine. Come influisce la discriminazione di caratteristiche locali e la loro codifica di neuroni corticali visivi questo comportamento? Qui abbiamo esaminato il percepito cambiamenti nell'orientamento indotta da esposizione breve per motivi di immagine orientata in scimmie ed esseri umani e quindi correlazione inversa per indagare i cambiamenti dinamici nella sensibilità neuronale nella corteccia visiva primaria (V1) del comportamento di scimmie. Considerando che l'adattamento breve per un reticolo orientato con problemi di identificazione degli orientamenti nelle vicinanze ampliando la selettività di orientamento e modificando l'orientamento preferito di singoli neuroni di V1, enhanced effettivamente l'identificazione degli orientamenti ortogonali di affilatura selettività neuronale. Quindi, esposizione successiva alla patch immagine della struttura spaziale dissimile migliora sia la capacità di discriminare la codifica di queste caratteristiche da neuroni V1 e caratteristiche locali.
Tempi Di Intervallo Come Una Proprietà Emergente Di Apprendimento
Tempi di intervallo nel condizionamento sono la covariazione dotti di una misura temporale dipendente come tempo di attesa con una temporale variabile indipendente come durata intervallo fisso. Le teorie dominanti dei tempi di intervallo tutti incorporano un orologio interno esplicita, o "pacemaker", nonostante la mancanza di prove indipendenti. Gli autori propongono un'alternativa, vista privo di pacemaker che illustra tale discriminazione temporale può essere spiegato utilizzando solo 2 ipotesi: (a) variazione e selezione delle risposte attraverso la competizione tra comportamento rinforzato e tutte le altri, raccolse, comportamenti e (b) modulazione della forza della concorrenza di risposta dalla memoria per il rinforzo di recente. Il modello si discosta radicalmente da modelli esistenti di temporizzazione: dimostra che apprendimento temporale può emergere da un semplice processo dinamico che manca un riferimento di tempo periodici come un pacemaker.
I Neuroni V1 Segnalano Acquisizione Di Una Rappresentazione Interna Della Posizione Di Stimolo
Un aspetto fondamentale del comportamento imitandi è decidere dove guardare o spostare avanti. In determinate condizioni, il cervello costruisce una rappresentazione interna della posizione di stimolo sulla base delle conoscenze precedenti e lo utilizza per spostare gli occhi o fare altri movimenti. Risposte neuronali nella corteccia visiva primaria sono state modulate quando è stata acquisita una tale rappresentazione interna: risposte ad uno stimolo sono state colpite progressivamente dalla presentazione sequenziale dello stimolo a una posizione, ma non quando la posizione è stata variata in modo casuale. Risposte di singoli neuroni spazialmente erano sintonizzate per la direzione di sguardo e monitorato la probabilità bayesiana della comparsa di stimolo. Proponiamo che la rappresentazione si pone in una rete distribuita di corticale ed è associata con cambiamenti sistematici in risposta selettività e dinamica alle prime fasi di elaborazione visiva corticale.
Tilt Ripercussione E Adattamento Indotto Cambiamenti Nell'orientamento Tuning Nella Corteccia Visiva
L'effetto collaterale di tilt (TAE) è un illusione visiva in cui prolungato adattamento ad uno stimolo orientato provoca cambiamenti successivi orientamenti percepiti. Storicamente, modelli neurali del TAE hanno spiegato come il risultato di soppressione della risposta dei neuroni sintonizzati per l'orientamento di adattamento. Recenti studi fisiologici dei neuroni nella corteccia visiva primaria (V1) hanno confermato che tale soppressione risposta esiste. Tuttavia, si scoprì anche che gli orientamenti preferiti dei neuroni spostano lontano dall'orientamento di adattamento. Qui ci mostrano che l'aggiunta di questo secondo fattore per una popolazione di codifica modello V1 migliora la corrispondenza tra i dati neurofisiologici e misurazioni di TAE. Secondo il nostro modello, i cambiamenti nell'orientamento preferito avere l'effetto opposto come soppressione della risposta, riducendo l'entità della TAE.
Struttura Di Immagine Al Centro Dello Sguardo Durante La Visione Gratuita
Si ritiene generalmente che il sistema visivo è adattato per le statistiche del mondo visivo. Misurazione e la comprensione di queste statistiche richiedono una conoscenza precisa della struttura dei segnali raggiungendo fovea durante la scansione di immagini. Tuttavia, nonostante il fatto che movimenti oculari causano stimolazione retinica a cambiare più volte in un secondo, è implicito presupposto che immagini vengono campionati uniformemente durante la visione naturale. Analizzando i movimenti dell'occhio di tre scimmie rhesus liberamente visualizzare scene naturali, riportiamo qui anisotropia significativo nelle statistiche di stimolo al centro dello sguardo. Troviamo che fissazione su un'immagine patch è più probabilità di essere seguita da un saccade per una patch nelle vicinanze della struttura simile orientamento o da una saccade per una patch più distante della struttura di orientamento largamente dissimili. Inoltre, mostriamo che orientamento selettivi dei neuroni nella corteccia visiva primaria (V1) possono usufruire delle statistiche movimento degli occhi per migliorare in modo selettivo le loro prestazioni di discriminazione.
Depressione Sinaptica Asimmetrica Nelle Reti Corticali
Depressione sinaptica è essenziale per controllare l'equilibrio tra eccitazione e inibizione nelle reti corticali. Diversi studi hanno dimostrato che la depressione di sinapsi intracorticali è asimmetrica, ovvero sinapsi inibitorie deprimono meno di quelli eccitatori. Se questa asimmetria ha alcun impatto sulla funzione corticale è sconosciuto. Qui vi mostriamo che la depressione differenziale di sinapsi intracorticali fornisce un meccanismo attraverso il quale il guadagno e la sensibilità dei circuiti corticali si sposta nel tempo per migliorare la codifica di stimolo. Abbiamo esaminato le conseguenze funzionali della depressione sinaptica asimmetrica di modellazione ricorrenti interazioni tra orientamento selettivi dei neuroni nella corteccia visiva primaria (V1) che si adattano agli ingressi feedforward. Noi dimostrare analiticamente che nonostante il fatto che sinapsi eccitatorie premere più di sinapsi inibitorie, risposte eccitatorie sono ridotti meno di ottenere l'inibitorie quelli per aumentare la risposta globale. Questi cambiamenti giocano un ruolo attivo nel generare guadagno selettivo controllo circuiti corticali visivi. In particolare, depressione sinaptica asimmetrica regola la selettività della rete amplificando le risposte e la sensibilità dei neuroni V1 stimoli infrequenti e attenuanti risposte e sensibilità agli stimoli frequenti, come infatti è stato osservato sperimentalmente.
Adaptive Coding Di Informazioni Visive in Popolazioni Neurali
La nostra percezione dell'ambiente si basa sulla capacità delle reti neurali di adattarsi rapidamente ai cambiamenti di stimoli in arrivo. È sempre più essere realizzato che il codice neurale è adattivo, cioè, neuroni sensoriali cambiano loro risposte e selettività in modo dinamico per abbinare le modifiche in ingresso stimoli. Comprensione rapida come l'esposizione, o adattamento, a uno stimolo di struttura fissa le modifiche information processing da reti corticali è essenziale per comprendere il rapporto tra codificazione sensoriale e il comportamento. Indagini fisiologiche di adattamento hanno contribuito notevolmente alla nostra comprensione di come singoli neuroni sensoriali a cambiare la loro risposte a influenzare stimolo di codifica, ma se e come adattamento riguarda informazioni di codifica in popolazioni neurali sono sconosciuti. Qui esaminiamo come breve adattamento (sulla scala cronologica di fissazione visiva) influenza la struttura delle correlazioni interneuronal e l'accuratezza della popolazione di codifica nella corteccia visiva primaria (V1) di macaco (Macaca mulatta). Troviamo che breve adattamento a uno stimolo di struttura fissa riorganizza la distribuzione delle correlazioni tutta la rete riducendo selettivamente la loro media e la variabilità. I cambiamenti post-adaptation in correlazioni neuronale sono associati con i cambiamenti specifici, stimolo-dipendenti dell'efficienza del codice di popolazione e sono coerenti con i cambiamenti nella percezione delle prestazioni dopo l'adattamento. I nostri risultati hanno implicazioni oltre le previsioni delle teorie correnti di codificazione sensoriale, suggerendo che l'adattamento breve migliora l'accuratezza della popolazione codifica per ottimizzare le prestazioni di un neurone durante la visione naturale.
Codifica Efficiente in Popolazioni Neuronali Eterogenee
Una caratteristica onnipresente delle risposte neuronali all'interno di un'area corticale è il loro alto grado di disomogeneità. Anche le cellule all'interno della stessa colonna funzionale sono noti per avere proprietà altamente eterogeneo risposta quando lo stesso stimolo è presentato. Se la grande diversità delle risposte neuronali è un epifenomeno o un ruolo per funzione corticale è sconosciuto. Qui, abbiamo esaminato la relazione tra l'eterogeneità delle risposte neuronali e popolazione di codifica. Contrariamente alle nostre aspettative, abbiamo trovato che l'alta variabilità delle proprietà intrinseca risposta delle singole cellule cambia la struttura delle correlazioni neuronale per migliorare le informazioni codificate in attività della popolazione. Così, l'eterogeneità delle risposte neuronali infatti è benefico per la codificazione sensoriale quando stimoli vengono decodificati dalla risposta della popolazione.
Attenzione Altera Plasticità Visiva Durante L'esposizione-based Learning
Si ritiene generalmente che attenzione migliora l'elaborazione delle informazioni sensoriali durante la percezione e apprendimento. Qui riportiamo che, contrariamente alla credenza comune, attenzione limita il grado di plasticità indotta da esposizione ripetuta a caratteristiche dell'immagine. In particolare, l'esposizione giornaliera a stimoli orientati che non sono collegati a un compito specifico causa un miglioramento specifico orientamento percettiva delle prestazioni lungo gli assi "esposti". Questo effetto è modulato da attenzione: soggetti umani ha mostrato un grande miglioramento nella discriminazione di orientamento quando l'attenzione è rivolta verso il luogo dove vengono presentati stimoli. Tuttavia, la capacità di effettuare discriminazioni lontano dall'orientamento esposto è rafforzata quando gli stimoli dell'esposizione sono incustoditi. D'importanza, il miglioramento della discriminazione di orientamento nella posizione automatica conduce ad un robusto miglioramento nella discriminazione di stimoli complessi, come ad esempio immagini di texture naturali, con componenti di orientamento lungo gli assi esposti, considerando che il miglioramento nella discriminazione di orientamento nel percorso frequentato esibisce solo debole trasferimento a stimoli complessi. Questi risultati indicano che l'adattamento sensoriale da esposizione passiva stimolo dovrebbe essere considerata come una forma di apprendimento percettivo che è complementare a base di pratica di apprendimento in quanto riduce i vincoli sulla generalizzazione.
Sincronizzazione Di Adattamento-indotta Nei Circuiti Corticali Laminari
Una caratteristica fondamentale dell'information processing in neocortex è la capacità di singoli neuroni di adattarsi ai cambiamenti di stimoli in entrata. È sempre più fermo restando che corticale adattamento è un fenomeno che richiede interazioni di rete. Il fatto che la struttura delle reti locali dipende criticamente strato corticale solleva la possibilità che l'adattamento potrebbe indurre effetti specifici in diversi strati. Qui vi mostriamo che modula la forza della sincronizzazione tra singoli neuroni e attività della popolazione locale la frequenza di banda gamma (30-80 Hz) nella corteccia visiva primaria (V1) di macaco influenze la capacità dei singoli neuroni di codificare orientamento stimolo e breve esposizione (300 ms) ad uno stimolo di orientamento fisso. Utilizzando sonde laminare, abbiamo trovato che anche se presentazione stimolo suscita un grande aumento nella sincronizzazione gamma di attività neuronale ritmica negli strati (granulari) ingresso V1, adattamento causato un aumento marcato nella sincronizzazione negli strati corticali output (supragranular). L'aumento della sincronizzazione gamma dopo adattamento era significativamente correlato con un miglioramento delle prestazioni di discriminazione di orientamento neuronale solo negli strati supragranular. Così, la sincronizzazione tra l'attività di singoli neuroni spiking e loro popolazione locale possa aumentare la codificazione sensoriale per ottimizzare l'elaborazione di rete attraverso circuiti laminari.
Modifiche Adattive in Sincronizzazione Neuronale Nel Macaco V4
Una proprietà fondamentale dei neuroni corticali è la capacità di mostrare cambiamenti adattivi o plasticità. Non è chiaro se cambiamenti adattivi nelle risposte corticali sono accompagnati da cambiamenti in sincronia tra singoli neuroni e popolazione locale attività nella corteccia sensoriale. Questo problema è importante in quanto attività neurale sincronizzata è ipotizzato per giocare un ruolo importante nella propagazione delle informazioni nei circuiti neuronali. Mostriamo qui, che modula la forza di oscillatori sincronizzazione neuronale nella corteccia visiva Macaco (area V4) influenze la capacità dei neuroni di distinguere piccoli cambiamenti nell'orientamento di stimolo e rapido adattamento (300 ms) ad uno stimolo di orientamento fisso. In particolare, rapido adattamento aumenta la sincronizzazione delle singole risposte neuronali con attività della popolazione locale nella banda di frequenza gamma (30-80 Hz). A differenza di precedenti relazioni che gamma sincronizzazione è associata con un aumento dei tassi in V4 di infornamento, abbiamo trovato che l'aumento postadaptation sincronizzazione gamma è associata con una diminuzione nelle risposte neuronali. L'aumento della sincronizzazione di banda gamma dopo l'adattamento è funzionalmente significativo come essa è correlata con un miglioramento delle prestazioni di discriminazione di orientamento neuronale. Così, adaptive sincronizzazione tra l'attività di singoli neuroni spiking e la popolazione locale può migliorare temporaneamente insensibili, tasso-base-codifica schemi per discriminazione sensoriale.
