Veröffentlichungen – Salk Institute for Biological Studies

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Morton, MP, Denagamage, S., Blume, IJ, Reynolds, JH, Jadi, MP, Nandy, AS Dem Gehirnzustand und den kortikalen Schicht-spezifischen Mechanismen liegt die Wahrnehmung an der Schwelle zugrunde. (2024) Elife. 12. DOI: 10.7554/eLife.91722

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Davis, ZW, Busch, A., Steward, C., Muller, L., Reynolds, J. Horizontale kortikale Verbindungen formen intrinsische Wanderwellen zu merkmalsselektiven Motiven, die die Wahrnehmungsempfindlichkeit regulieren. (2024) Zellenberichte 43(9):114707. DOI: 10.1016/j.celrep.2024.114707

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Dotson, NM, Davis, ZW, Jendritza, P., Reynolds, JH Akute Neuropixel-Aufzeichnungen beim Weißbüschelaffen. (2024) eNeuro. DOI: 10.1523/ENEURO.0544-23.2024

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Hochdichte lineare Sonden wie Neuropixel bieten eine beispiellose Möglichkeit zu verstehen, wie neuronale Populationen in bestimmten laminaren Kompartimenten zum Verhalten beitragen. Weißbüschelaffen haben im Gegensatz zu Makakenaffen einen lissenzephalen (glatten) Kortex, der die Aufzeichnung senkrecht zur Kortikalisoberfläche ermöglicht, was sie zu einem idealen Tiermodell für die Untersuchung laminarer Berechnungen macht. Hier stellen wir eine Methode für akute Neuropixel-Aufzeichnungen im Weißbüschelaffen vor (). Der Ansatz ersetzt die natürliche Dura durch eine künstliche Dura auf Silikonbasis, die einen visuellen Zugang zur kortikalen Oberfläche ermöglicht, was bei der Vermeidung von Blutgefäßen hilfreich ist, senkrechte Durchdringungen gewährleistet und in Verbindung mit optischer Bildgebung oder optogenetischen Techniken verwendet werden könnte. Die Kammer, in der sich die künstliche Dura befindet, ist bei minimalem Infektionsrisiko einfach zu warten und könnte mit halbchronischen Mikroantrieben und drahtloser Aufzeichnungshardware kombiniert werden. Diese Technik ermöglicht wiederholte akute Penetrationen über einen Zeitraum von mehreren Monaten. Bei gelegentlicher Entfernung von Gewebewucherungen auf der Pialoberfläche können Aufzeichnungen über ein Jahr oder länger durchgeführt werden. Der Ansatz ist vollständig kompatibel mit Neuropixels-Sonden und ermöglicht die Aufzeichnung von Hunderten einzelner Neuronen, die über die kortikale Säule verteilt sind. Die Großhirnrinde des Makakenaffen ist stark gefaltet, was ein großes Problem für die Untersuchung laminarer Berechnungen in vielen kortikalen Bereichen darstellt. Weißbüschelaffen verfügen jedoch über ein glattes Gehirn, das die gleichzeitige Aufzeichnung aller Schichten der Großhirnrinde in Bereichen ermöglicht, die tief in den Sulci des Makaken vergraben sind. In diesem Manuskript beschreiben wir ein künstliches Dura-System, das den neuesten Stand der Technik bei Sonden mit hoher Dichte, Neuropixeln, nutzt. Dieses System ermöglicht es uns, problemlos mehrere Neuropixel in den Kortex des Weißbüschelaffen senkrecht zur kortikalen Oberfläche einzuführen, was wiederholte laminare Aufnahmen über einen Zeitraum von bis zu einem Jahr oder länger ermöglicht.

Franken, TP, Reynolds, JH Gruppierung von Zellen im visuellen Kortex von Primaten. (2024) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.01.16.575953

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Unsere Wahrnehmung davon, wie Objekte in visuellen Szenen angeordnet sind, ist bemerkenswert stabil, trotz schneller Veränderungen in den Lichtmustern, die bei jeder Sakkade auf die Netzhaut fallen. Ein Mechanismus, der zur Herstellung von Wahrnehmungsstabilität beitragen kann, ist die Zuweisung von Grenzbesitzverhältnissen. Studien im Makakengebiet V2 haben Grenzbesitzneuronen identifiziert, die signalisieren, welche Seite einer Grenze zu einer Vordergrundoberfläche gehört. Dieses Signal bleibt Hunderte von Millisekunden bestehen, nachdem die Grenzeigenschaft durch die Löschung der Reizmerkmale, die den Vordergrund vom Hintergrund unterscheiden, mehrdeutig gemacht wurde. Bemerkenswert ist, dass dieses Signal Augenbewegungen überlebt: Grenzbesitzneuronen zeigen auch Grenzbesitzsignale, wenn eine Augenbewegung die neu mehrdeutige Grenze in ihr Empfangsfeld platziert. Die Gruppierungszellhypothese geht von der Existenz hypothetischer Gruppierungszellen in einem stromabwärts gelegenen Gehirnbereich aus. Diese Zellen würden dauerhafte Proto-Objekt-Repräsentationen berechnen und daher die Eigenschaften haben, Zellen in vorgelagerten Gehirnbereichen mit Selektivität für Grenzbesitz auszustatten. Es wurde vorhergesagt, dass solche Gruppierungszellen ein zentripetales und anhaltendes Muster der bevorzugten Besitzseite für eine Grenze zeigen, die parallel zum Umfang ihres klassischen rezeptiven Feldes verläuft, und ein solches zentripetales Besitzpräferenzmuster sollte auch in denselben Zellen auftreten, wenn eine mehrdeutige Grenze vorliegt landet nach einer Sakkade in ihrem rezeptiven Feld. Es ist nicht bekannt, ob Gruppierungszellen vorhanden sind. Hier verwendeten wir laminare Multielektroden im Bereich V4 – der Hauptquelle der Rückkopplung zu V2 – von sich verhaltenden Makaken, um festzustellen, ob solche Gruppierungszellen existieren. In Übereinstimmung mit der Modellvorhersage finden wir in allen laminaren Kompartimenten eine beträchtliche Population von Neuronen mit diesen Eigenschaften, und sie weisen eine Antwortlatenz auf, die kurz genug ist, um als Quelle zu fungieren, die Neuronen in V2 die Selektivität für den Grenzbesitz verleiht. Während die Gruppierung der Zellaktivität Informationen über die Position von Vordergrundoberflächen liefert, sind diese Neuronen entgegen der Intuition nicht so stark auf die Luminanzkontrastpolarität abgestimmt, ein Merkmal dieser Oberflächen, wie Grenzbesitzzellen. Unsere Daten deuten auf eine Arbeitsteilung hin, bei der diese neu entdeckten Gruppierungszellen für die räumlich-zeitliche Kontinuität segmentierter Oberflächen sorgen, während Grenzbesitzzellen diese Standortinformationen mit Oberflächenmerkmalen wie dem Luminanzkontrast verknüpfen.

Sanzeni, A., Palmigiano, A., Nguyen, TH, Luo, J., Nassi, JJ, Reynolds, JH, Histed, MH, Miller, KD, Brunel, N. Mechanismen, die der Neuordnung visueller Reaktionen durch optogenetische Stimulation bei Mäusen und Affen zugrunde liegen. (2023) Neuron. DOI: 10.1016 / j.neuron.2023.09.018

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Dotson, NM, Davis, ZW, Salisbury, JM, Palmer, SE, Cavanagh, P., Reynolds, JH Die Doppeldrift-Illusion beeinflusst das Augenmotoriksystem des Weißbüschelaffen. (2023) Zeitschrift für Vision. 23(10):4. DOI: 10.1167/jov.23.10.4

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Vanderlip, CR, Asch, PA, Reynolds, JH, Glavis-Bloom, C. Die domänenspezifische kognitive Beeinträchtigung spiegelt eine präfrontale Dysfunktion bei alten Weißbüschelaffen wider. (2023) eNeuro. DOI: 10.1523/ENEURO.0187-23.2023

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Altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen sind in allen kognitiven Bereichen nicht einheitlich ausgeprägt. Kognitive Funktionen, die auf Hirnregionen beruhen, die mit zunehmendem Alter wesentliche neuroanatomische Veränderungen erfahren, weisen häufig altersbedingte Beeinträchtigungen auf, während solche, die auf Hirnregionen mit minimalen altersbedingten Veränderungen beruhen, dies typischerweise nicht tun. Der Weißbüschelaffe erfreut sich zunehmender Beliebtheit als Modell für die neurowissenschaftliche Forschung, es mangelt jedoch an einer robusten kognitiven Phänotypisierung, insbesondere als Funktion des Alters und über mehrere kognitive Bereiche hinweg. Dies stellt eine große Einschränkung für die Entwicklung und Bewertung des Weißbüschelaffens als Modell des kognitiven Alterns dar und lässt die Frage offen, ob sie altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen aufweisen, die wie beim Menschen auf einige kognitive Bereiche beschränkt sind. In dieser Studie haben wir das Reiz-Belohnungs-Assoziationslernen und die kognitive Flexibilität junger Erwachsener bei geriatrischen Weißbüschelaffen mithilfe einer einfachen Diskriminierungsaufgabe bzw. einer seriellen Umkehraufgabe charakterisiert. Wir fanden heraus, dass alte Weißbüschelaffen eine vorübergehende Beeinträchtigung des „Lernens-Lernens“ zeigen, aber ihre Fähigkeit, Reiz-Belohnungs-Assoziationen zu bilden, erhalten haben. Darüber hinaus weisen alte Weißbüschelaffen eine eingeschränkte kognitive Flexibilität auf, die auf die Anfälligkeit für proaktive Eingriffe zurückzuführen ist. Da diese Beeinträchtigungen in Bereichen auftreten, die entscheidend vom präfrontalen Kortex abhängen, unterstützen unsere Ergebnisse die präfrontale kortikale Dysfunktion als herausragendes Merkmal des neurokognitiven Alterns. Diese Arbeit positioniert den Weißbüschelaffen als Schlüsselmodell für das Verständnis der neuronalen Grundlagen des kognitiven Alterns. Altern ist der größte Risikofaktor für die Entwicklung neurodegenerativer Erkrankungen, und das Verständnis dafür ist für die Entwicklung wirksamer Therapeutika von entscheidender Bedeutung. Der Weißbüschelaffe, ein kurzlebiger nichtmenschlicher Primat mit neuroanatomischer Ähnlichkeit zum Menschen, hat für neurowissenschaftliche Untersuchungen an Bedeutung gewonnen. Das Fehlen einer robusten kognitiven Phänotypisierung, insbesondere als Funktion des Alters und über mehrere kognitive Bereiche hinweg, schränkt jedoch ihre Gültigkeit als Modell für altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen ein. Wir zeigen, dass alternde Weißbüschelaffen ebenso wie Menschen eine Beeinträchtigung haben, die spezifisch für kognitive Bereiche ist, die auf Gehirnregionen beruhen, die mit zunehmendem Alter erhebliche molekulare und neuroanatomische Veränderungen erfahren. Diese Arbeit validiert den Weißbüschelaffen als Schlüsselmodell zum Verständnis der regionalspezifischen Anfälligkeit für den Alterungsprozess.

Benigno, B., Budzinski, C., Davis, ZW, Reynolds, JH, Müller, L. Wellen, die sich über eine Karte des visuellen Raums bewegen, können kurzfristige Vorhersagen über sensorische Eingaben auslösen (2023) Nature Communications. 14(1):3409. DOI: 10.1038/s41467-023-39076-2

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Denagamage, S., Morton, MP, Hudson, NV, Reynolds, JH, Jadi, MP, Nandy, AS Laminare Mechanismen der sakkadischen Unterdrückung im visuellen Kortex von Primaten. (2023) Zellenberichte 42(7):112720. DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112720

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Glavis-Bloom, C., Vanderlip, C., Weiser Novak, S., Kuwajima, M., Kirk, L., Harris, KM, Manor, U., Reynolds, JH Eine Verletzung des ultrastrukturellen Größenprinzips im dorsolateralen präfrontalen Kortex liegt der Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses beim alten Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus) zugrunde. (2023) Grenzen der alternden Neurowissenschaften. 15. DOI: doi.org/10.3389/fnagi.2023.1146245

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Morphologie und Funktion des dorsolateralen präfrontalen Kortex (dlPFC) und die entsprechende Leistung des Arbeitsgedächtnisses werden früh im Alterungsprozess beeinträchtigt, aber fast die Hälfte der älteren Menschen bleibt von Arbeitsgedächtnisdefiziten verschont. Translational relevante Modellsysteme sind entscheidend für die Bestimmung der neurobiologischen Treiber dieser Variabilität. Der Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus) ist als Modell für diese Untersuchungen von Vorteil, da Weißbüschelaffen als nichtmenschliche Primaten über einen klar definierten dlPFC verfügen, der die Messung präfrontalabhängiger kognitiver Funktionen ermöglicht, und ihre kurze Lebensdauer (ca. 10 Jahre) dies erleichtert Längsschnittstudien zum Altern. Zuvor haben wir die Arbeitsgedächtniskapazität in einer Kohorte von Weißbüschelaffen charakterisiert, die insgesamt die Lebensspanne abdeckten, und eine altersbedingte Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses festgestellt. Wir fanden auch ein bemerkenswertes Maß an Heterogenität in der Leistung, ähnlich wie beim Menschen. Hier haben wir die Hypothese getestet, dass Veränderungen der synaptischen Ultrastruktur, die sich auf die synaptische Wirksamkeit auswirken, Weißbüschelaffen, die mit kognitiven Beeinträchtigungen altern, von solchen unterscheiden, die ohne kognitive Beeinträchtigung altern. Wir nutzten Elektronenmikroskopie, um Synapsen im Weißbüschelaffen dlPFC sichtbar zu machen und maßen die Größe von Boutons, präsynaptischen Mitochondrien und Synapsen. Wir fanden heraus, dass eine koordinierte Skalierung der Größe von Synapsen und Mitochondrien mit den dazugehörigen Boutons für eine intakte Arbeitsgedächtnisleistung bei alten Weißbüschelaffen von wesentlicher Bedeutung ist. Darüber hinaus ist das Fehlen einer synaptischen Skalierung aufgrund eines bemerkenswerten Versagens der synaptischen Mitochondrien bei der Skalierung mit präsynaptischen Boutons selektiv die Ursache für eine altersbedingte Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses. Wir gehen davon aus, dass diese Entkopplung zu einem Missverhältnis zwischen Energieangebot und -nachfrage führt, was zu einer beeinträchtigten synaptischen Übertragung führt. Wir fanden auch heraus, dass alte Krallenaffen im dlPFC weniger Synapsen haben als junge, obwohl die Schwere des Synapsenverlusts keinen Aufschluss darüber gab, ob das Altern mit oder ohne kognitive Beeinträchtigung erfolgte. Diese Arbeit identifiziert einen neuartigen Mechanismus der Synapsendysfunktion, der Krallenaffen, die mit kognitiven Beeinträchtigungen altern, von solchen unterscheidet, die ohne kognitive Beeinträchtigungen altern. Der Prozess, durch den die synaptische Skalierung reguliert wird, ist noch unbekannt und erfordert zukünftige Untersuchungen.

Davis, ZW, Dotson, NM, Franken, TP, Muller, L., Reynolds, JH Spike-Phasen-Kopplungsmuster offenbaren laminare Identität im Primatenkortex. (2023) Elife. 12. DOI: 10.7554/eLife.84512

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Glavis-Bloom, C., Vanderlip, CR, Reynolds, JH Altersbedingte Lern- und Arbeitsgedächtnisbeeinträchtigung beim Weißbüschelaffen. (2022) Journal of Neuroscience. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0985-22.2022

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Alter ist der größte Risikofaktor für die Entwicklung neurodegenerativer Erkrankungen, dennoch verstehen wir immer noch nicht, wie der Alterungsprozess zu pathologischer Anfälligkeit führt. Die Forschungsgemeinschaft hat sich stark auf Mausmodelle verlassen, aber die erheblichen anatomischen, physiologischen und kognitiven Unterschiede zwischen Mäusen und Menschen schränken ihre translationale Relevanz ein. Letztendlich erfordern diese Hindernisse die Entwicklung neuartiger Alterungsmodelle. Als nichtmenschlicher Primat hat der Weißbüschelaffe () viele Gemeinsamkeiten mit dem Menschen und hat dennoch eine deutlich kürzere Lebensdauer (10 Jahre) als andere Primaten, was ihn ideal für Längsschnittstudien zum Altern eignet. Unser Ziel war es, den Weißbüschelaffen als Modell für altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen zu bewerten. Zu diesem Zweck verwendeten wir die Delayed Recognition Span Task (DRST), um altersbedingte Veränderungen der Arbeitsgedächtniskapazität in einer Kohorte von sechzehn Weißbüschelaffen beiderlei Geschlechts zu charakterisieren, deren Alter vom jungen Erwachsenen bis zum geriatrischen Alter reichte. Diese Affen führten über einen Zeitraum von bis zu 50 Prozent ihres Erwachsenenlebens Tausende von Versuchen durch. Nach unserem Kenntnisstand stellt dies die gründlichste kognitive Profilierung aller bisher durchgeführten Alterungsstudien für Weißbüschelaffen dar. Durch die Analyse individueller Lernkurven stellten wir fest, dass ältere Tiere einen verzögerten Lernbeginn, eine langsamere Lernrate nach Beginn und eine verminderte asymptotische Arbeitsgedächtnisleistung aufwiesen. Diese Befunde sind nicht auf altersbedingte Beeinträchtigungen der motorischen Geschwindigkeit und Motivation zurückzuführen. Diese Arbeit etabliert den Weißbüschelaffen eindeutig als Modell für altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen. Das Verständnis des normalen Alterungsprozesses ist von grundlegender Bedeutung für die Identifizierung von Therapeutika für neurodegenerative Erkrankungen, für die das Altern der größte Risikofaktor ist. Historisch gesehen stützte man sich auf dem Gebiet des Alterns auf Tiermodelle, die sich deutlich vom Menschen unterschieden, was die Übersetzbarkeit einschränkte. Hier etablieren wir einen kurzlebigen nichtmenschlichen Primaten, den Weißbüschelaffen, als Schlüsselmodell für altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen. Durch kontinuierliche Tests über einen erheblichen Teil der Lebensspanne erwachsener Weißbüschelaffen zeigen wir, dass das Altern sowohl mit einer Beeinträchtigung des Lernens als auch der Arbeitsgedächtniskapazität einhergeht, die nicht durch altersbedingte Veränderungen der motorischen Geschwindigkeit und Motivation erklärt wird. Die Charakterisierung individueller kognitiver Alterungsverläufe offenbart eine inhärente Heterogenität, die zu einer früheren Erkennung des Beginns einer Beeinträchtigung und zu längeren Zeiträumen führen könnte, in denen Therapeutika wirksam sind.

Davis, ZW, Muller, L., Reynolds, JH Spontane Spitzen werden durch Breitbandschwankungen bestimmt. (2022) Journal of Neuroscience. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1899-21.2022

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Populationen kortikaler Neuronen erzeugen rhythmische Schwankungen in ihrer fortlaufenden spontanen Aktivität. Diese Schwankungen sind im lokalen Feldpotential (LFP) erkennbar, das die summierten Rückströme der synaptischen Aktivität in der lokalen Bevölkerung in der Nähe einer Aufzeichnungselektrode widerspiegelt. Das LFP ist spektral breit und viele Forscher gehen davon aus, dass diese Breite viele schmalbandige Oszillationskomponenten enthält, die möglicherweise unterschiedliche funktionelle Rollen haben. Diese Ansicht wird durch die Beobachtung gestützt, dass die Phase schmalbandiger Oszillationen häufig mit der kortikalen Erregbarkeit korreliert und sich auf den Zeitpunkt der Spitzenaktivität und die Treue sensorisch hervorgerufener Reaktionen beziehen kann. Dementsprechend „stimmen“ sich Forscher üblicherweise auf diese Kanäle ein, indem sie den LFP schmalbandig filtern. Alternativ kann die neuronale Aktivität grundsätzlich breitbandig sein und aus vorübergehenden, instationären Rhythmen bestehen, die sich nur schwer als Oszillationen annähern lassen. In dieser Sichtweise der augenblickliche Zustand des breiten Ensembles steht in direktem Zusammenhang mit der Erregbarkeit der lokalen Bevölkerung ohne besondere Bindung an ein Frequenzband. Um zwischen diesen Alternativen zu testen, fragten wir, ob die Spike-Aktivität neokortikaler Neuronen in Weißbüschelaffen beiderlei Geschlechts besser mit der Phase des übereinstimmt LFP innerhalb schmaler Frequenzbänder oder mit einer Breitbandmessung. Wir stellen fest, dass die Phase von Breitband-LFP-Fluktuationen einen besseren Prädiktor für das Spike-Timing bietet als die Phase nach der Filterung in schmalen Bändern. Diese Ergebnisse stellen die Sichtweise des Neokortex als ein System, das aus zusammengesetzt ist, in Frage Schmalbandoszillatoren und unterstützt die Ansicht, dass neuronale Aktivitätsschwankungen intrinsisch breitbandig sind. Bei der Erforschung des dynamischen Zustands neuronaler Populationen wird dem Zustand schmalbandiger Oszillationskomponenten häufig eine einzigartige Bedeutung zugeschrieben. Allerdings sind rhythmische Schwankungen der kortikalen Aktivität instationär und weisen ein breites Spektrum auf. Wir stellen fest, dass der Zeitpunkt der spontanen Spitzenaktivität besser durch den Zustand der Breitbandfluktuationen über jeder latenten Oszillationskomponente erfasst wird. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass schmalbandige Interpretationen der rhythmischen Populationsaktivität möglicherweise begrenzt sind und breitere Darstellungen eine höhere Genauigkeit bei der Beschreibung von Moment-zu-Moment-Schwankungen der kortikalen Aktivität bieten könnten.

Franken, TP, Reynolds, JH Säulenverarbeitung des Grenzbesitzes im visuellen Kortex von Primaten. (2021) Elife. 10. DOI: 10.7554/eLife.72573

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Davis, ZW, Benigno, GB, Fletterman, C., Desbordes, T., Steward, C., Sejnowski, TJ, Reynolds, JH, Müller, L. Spontane Wanderwellen entstehen auf natürliche Weise aus horizontalen Faserzeitverzögerungen und wandern durch lokal asynchron-unregelmäßige Zustände. (2021) Nature Communications. 12(1):6057. DOI: 10.1038/s41467-021-26175-1

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Davis, W., Muller, L., Martinez-Trujillo, J., Sejnowski, T., Reynolds, JH Spontan wandernde kortikale Wellen behindern die Wahrnehmung bei sich verhaltenden Primaten (2020) Natur. DOI: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2802-y.

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Vormstein-Schneider, D., Lin, JD, Pelkey, KA, Chittajallu, R., Guo, B., Arias-Garcia, MA, Allaway, K., Sakopoulos, S., Schneider, G., Stevenson, O. , Vergara, J., Sharma, J., Zhang, Q., Franken, TP, Smith, J., Ibrahim, LA, M Astro, KJ, Sabri, E., Huang, S., Favuzzi, E., Burbridge , T., Xu, Q., Guo, L., Vogel, I., Sanchez, V., Saldi, GA, Gorissen, BL, Yuan, X., Zaghloul, KA, Devinsky, O., Sabatini, BL, Batista-Brito, R., Reynolds, J., Feng, G., Fu, Z., McBain, CJ, Fishell, G., Dimidschstein, J. Virale Manipulation funktionell unterschiedlicher Interneurone bei Mäusen, nichtmenschlichen Primaten und Menschen. (2020) Nature Neurologie. DOI: 10.1038/s41593-020-0692-9

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Nandy, AS, Nassi, JJ, Jadi, MP, Reynolds, JH Optogenetisch induzierte niederfrequente Korrelationen beeinträchtigen die Wahrnehmung. (2019) Elife. 8. DOI: 10.7554/eLife.35123

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Avery, M., Nassi, J., Reynolds, J. Ableitung neuronaler Schaltkreiseigenschaften aus optogenetischer Stimulation. (2018) Plus eins. 13(10):e0205386. DOI: 10.1371/journal.pone.0205386

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Die Optogenetik ist zu einem wichtigen Werkzeug zur Störung neuronaler Schaltkreise mit beispielloser zeitlicher Präzision und Zelltypspezifität geworden. Die direkte Aktivierung einer bestimmten Subpopulation von Neuronen kann jedoch die Aktivität anderer Neuronen innerhalb des Netzwerks schnell modulieren und zu unerwarteten und komplexen nachgelagerten Effekten führen. Hier haben wir ein biologisch eingeschränktes Rechenmodell entwickelt, das diese nicht intuitiven Netzwerkreaktionen nutzt, um Einblicke in die zugrunde liegenden Eigenschaften des Netzwerks zu gewinnen. Wir wenden dieses Modell auf Daten an, die während der optogenetischen Stimulation im primären visuellen Kortex des aufmerksamen Makaken aufgezeichnet wurden. In diesen Experimenten stellten wir fest, dass die optogenetische Depolarisation erregender Neuronen häufig neuronale Reaktionen unterdrückte, was mit der Aktivierung von Normalisierungsschaltkreisen vereinbar ist. Unser Modell legt nahe, dass die bei diesen Reaktionen beobachtete Unterdrückung durch langsame erregende und hemmende Leitfähigkeitskanäle vermittelt werden könnte. Darüber hinaus sagte das Modell voraus, dass die Reaktion des Netzwerks auf optogenetische Störungen entscheidend von der Beziehung zwischen den inhärenten zeitlichen Eigenschaften des Netzwerks und den zeitlichen Eigenschaften des Opsins abhängt. In Übereinstimmung mit den Modellvorhersagen verursachte die Stimulation des C1V1TT-Opsins, eines Opsins mit einer schnellen Zeitkonstante (Tau = 45 ms), nach dem Laser-Offset schnellere und stärkere Unterdrückungseffekte im Vergleich zur Stimulation des langsameren C1V1T-Opsins (Tau = 60 ms). Diese Arbeit veranschaulicht, wie die nicht-intuitiven Netzwerkreaktionen, die aus optogenetischer Stimulation resultieren, genutzt werden können, um Einblicke in Netzwerkeigenschaften zu gewinnen, die grundlegenden neuronalen Berechnungen wie der Normalisierung zugrunde liegen. Dieser neuartige hybride optotheoretische Ansatz kann somit die Leistungsfähigkeit der Optogenetik zur Analyse komplexer neuronaler Schaltkreise verbessern.

Müller, L., Chavane, F., Reynolds, J., Sejnowski, TJ Kortikale Wanderwellen: Mechanismen und Rechenprinzipien. (2018) Nature Reviews Neurologie. DOI: 10.1038/nrn.2018.20

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Nandy, AS, Nassi, JJ, Reynolds, JH Laminare Organisation der Aufmerksamkeitsmodulation im visuellen Bereich von Makaken V4. (2017) Neuron. 93(1):235-246. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.11.029

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Dimidschstein, J., Chen, Q., Tremblay, R., Rogers, SL, Saldi, GA, Guo, L., Xu, Q., Liu, R., Lu, C., Chu, J., Grimley, JS, Krostag, AR, Kaykas, A., Avery, MC, Rashid, MS, Baek, M., Jacob, AL, Smith, GB, Wilson, DE, Kosche, G., Kruglikov, I., Rusielewicz, T. , Kotak, VC, Mowery, TM, Anderson, SA, Callaway, EM, Dasen, JS, Fitzpatrick, D., Fossati, V., Long, MA, Noggle, S., Reynolds, JH, Sanes, DH, Rudy, B., Feng, G., Fishell, G. Eine virale Strategie zur gezielten Bekämpfung und Manipulation von Interneuronen bei verschiedenen Wirbeltierarten. (2016) Nature Neurologie. 19(12):1743-1749. DOI: 10.1038/nn.4430

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Nandy, AS, Mitchell, JF, Jadi, MP, Reynolds, JH Neuronen im Makakengebiet V4 sind auf komplexe räumlich-zeitliche Muster abgestimmt. (2016) Neuron. 91(4):920-930. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.07.026

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Disney, AA, McKinney, C., Grissom, L., Lu, X., Reynolds, JH Ein Multi-Site-Array für die kombinierte lokale Elektrochemie und Elektrophysiologie im Gehirn nichtmenschlicher Primaten. (2015) Zeitschrift für neurowissenschaftliche Methoden. 255:29-37. DOI: 10.1016/j.jneumeth.2015.07.009

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Nassi, JJ, Avery, MC, Cetin, AH, Roe, AW, Reynolds, JH Optogenetische Aktivierung der Normalisierung im visuellen Cortex von aufmerksamen Makaken. (2015) Neuron. 86(6):1504-17. DOI: 10.1016/j.neuron.2015.05.040

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Izpisua Belmonte, JC, Callaway, EM, Caddick, SJ, Churchland, P., Feng, G., Homanics, GE, Lee, KF, Leopold, DA, Miller, CT, Mitchell, JF, Mitalipov, S., Moutri, AR, Movshon, JA, Okano, H., Reynolds, JH, Ringach, D., Sejnowski, TJ, Silva, AC, Strick, PL, Wu, J., Zhang, F. Gehirne, Gene und Primaten. (2015) Neuron. 86(3):617-31. DOI: 10.1016/j.neuron.2015.03.021

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Mitchell, JF, Boisvert, CJ, Reuter, JD, Reynolds, JH, Leblanc, M. Korrektur von Brechungsfehlern bei Rhesusaffen (Macaca mulatta), die an der visuellen Forschung beteiligt sind. (2014) Vergleichende Medizin. 64 (4): 300-8.

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Disney, AA, Alasady, HA, Reynolds, JH Muskarin-Acetylcholin-Rezeptoren werden von den meisten Parvalbumin-immunreaktiven Neuronen im Bereich MT des Makaken exprimiert. (2014) Gehirn und Verhalten. 4(3):431-45. DOI: 10.1002/brb3.225

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Disney, AA, Reynolds, JH Expression von muskarinischen Acetylcholinrezeptoren vom m1-Typ durch Parvalbumin-immunreaktive Neuronen im primären visuellen Kortex: eine vergleichende Studie an Ratten, Meerschweinchen, Frettchen, Makaken und Menschen. (2014) Journal für vergleichende Neurologie. 522(5):986-1003. DOI: 10.1002/cne.23456

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Mitchell, JF, Reynolds, JH, Miller, CT Aktives Sehen bei Krallenaffen: ein Modellsystem für die visuelle Neurowissenschaft. (2014) Journal of Neuroscience. 34(4):1183-94. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3899-13.2014

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Der Weißbüschelaffe (Callithrix jacchus), ein Neuweltprimat mit kleinem Körper, bietet mehrere Vorteile, die die Sehforschung bei größeren Primaten ergänzen. Studien an anästhesierten Weißbüschelaffen haben die Anatomie und Physiologie ihres visuellen Systems detailliert beschrieben (Rosa et al., 2009), während Studien zur Hör- und Stimmverarbeitung deren Nützlichkeit für neurophysiologische Wach- und Verhaltensuntersuchungen nachgewiesen haben (Lu et al., 2001a,b; Eliades und Wang, 2008a,b; Osmanski und Wang, 2011; Remington et al., 2012). Eine kritische Unbekannte ist jedoch, ob Weißbüschelaffen Sehaufgaben unter Kopfstütze ausführen können. Dies war für Studien an Makaken von entscheidender Bedeutung und ermöglichte sowohl eine genaue Augenverfolgung als auch eine Kopfstabilisierung für die Neurophysiologie. In einer Reihe von Experimenten verglichen wir das freie Sehverhalten kopffixierter Weißbüschelaffen mit dem von Makaken und stellten fest, dass ihr Sakkadenverhalten über eine Reihe von Sakkadenmetriken hinweg vergleichbar ist und dass Sakkaden auf ähnliche Interessenbereiche, einschließlich Gesichter, abzielen. In einer zweiten Reihe von Experimenten wandten wir Verhaltenskonditionierungstechniken an, um zu bestimmen, ob der Weißbüschelaffe die Fixierung auf flüssige Belohnung kontrollieren kann. Zwei Weißbüschelaffen konnten einen zentralen Punkt fixieren und periphere Blitzreize ignorieren, wie dies für die Kartierung des Empfangsfeldes erforderlich ist. Beide Weißbüschelaffen führten auch eine Orientierungsunterscheidungsaufgabe durch und zeigten eine sättigende psychometrische Funktion mit zuverlässiger Leistung und kürzeren Reaktionszeiten für einfachere Unterscheidungen. Diese Daten legen nahe, dass der Weißbüschelaffen ein brauchbares Modell für Studien zum aktiven Sehen und den ihm zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen ist.

Devor, A., Bandettini, PA, Boas, DA, Bower, JM, Buxton, RB, Cohen, LB, Dale, AM, Einevoll, GT, Fox, PT, Franceschini, MA, Friston, KJ, Fujimoto, JG, Geyer , MA, Greenberg, JH, Halgren, E., Hämäläinen, MS, Helmchen, F., Hyman, BT, Jasanoff, A., Jernigan, TL, Judd, LL, Kim, SG, Kleinfeld, D., Kopell, NJ , Kutas, M., Kwong, KK, Larkum, ME, Lo, EH, Magistretti, PJ, Mandeville, JB, Masliah, E., Mitra, PP, Mobley, WC, Moskowitz, MA, Nimmerjahn, A., Reynolds, JH, Rosen, BR, Salzberg, BM, Schaffer, CB, Silva, GA, So, PT, Spitzer, NC, Tootell, RB, Van Essen, DC, Vanduffel, W., Vinogradov, SA, Wald, LL, Wang, LV , Weber, B., Yodh, AG Die Herausforderung, die Punkte im GEHIRN zu verbinden (2013) Neuron. 80(2):270-4. DOI: 10.1016/j.neuron.2013.09.008

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Ruiz, O., Lustig, BR, Nassi, JJ, Cetin, A., Reynolds, JH, Albright, TD, Callaway, EM, Stoner, GR, Roe, AW Optogenetik durch Fenster im Gehirn des nichtmenschlichen Primaten. (2013) Journal für Neurophysiologie. 110(6):1455-67. DOI: 10.1152/jn.00153.2013

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Die Optogenetik kombiniert Optik und Genetik, um die neuronale Aktivität mit Zelltypspezifität und zeitlicher Präzision im Millisekundenbereich zu steuern. Seine Verwendung in Modellorganismen wie Nagetieren, Drosophila und Caenorhabditis elegans ist mittlerweile gut etabliert. Die Anwendung dieser Technologie bei nichtmenschlichen Primaten (NHPs) hat sich jedoch nur langsam entwickelt. Eine zentrale Herausforderung war die Übertragung von Viren und Licht auf das Gehirn durch die dicke Dura mater von NHPs, die nur mit Geräten mit großem Durchmesser durchdrungen werden kann, die das Gehirn schädigen. Die Undurchsichtigkeit der NHP-Dura verhindert die Visualisierung des darunter liegenden Kortex und schränkt die räumliche Präzision von Virusinjektionen, elektrophysiologischen Aufzeichnungen und Photostimulation ein. Hier beschreiben wir einen neuen optogenetischen Ansatz, bei dem die native Dura durch eine optisch transparente künstliche Dura ersetzt wird. Diese künstliche Dura kann mit feinen Mikropipetten aus Glas durchdrungen werden, was eine präzise gezielte Virusinjektion in das Gehirngewebe mit minimaler Schädigung der Hirnrinde ermöglicht. Die Expression optogenetischer Wirkstoffe kann über die Zeit visuell überwacht werden. Am wichtigsten ist, dass dieses optische Fenster eine gezielte, nichtinvasive Photostimulation und gleichzeitige Messungen der neuronalen Aktivität über intrinsische Signalbildgebung und elektrophysiologische Aufzeichnungen ermöglicht. Wir präsentieren Ergebnisse sowohl von anästhesiert-gelähmten (optische Bildgebung) als auch von wachen NHPs (Elektrophysiologie). Die durch die künstliche Dura ermöglichten Verbesserungen gegenüber aktuellen Methoden sollten den weit verbreiteten Einsatz optogenetischer Werkzeuge in der NHP-Forschung ermöglichen, ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von Therapien für neuropsychiatrische und neurologische Erkrankungen beim Menschen.

Anderson, EB, Mitchell, JF, Reynolds, JH Aufmerksamkeitsabhängige Verringerung der Burstigkeit und der Aktionspotentialhöhe im Makakengebiet V4. (2013) Nature Neurologie. 16(8):1125-31. DOI: 10.1038/nn.3463

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Sharpee, TO, Kouh, M., Reynolds, JH Kompromiss zwischen Krümmungsabstimmung und Positionsinvarianz im visuellen Bereich V4. (2013) Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Vereinigten Staaten von Amerika. 110(28):11618-23. DOI: 10.1073/pnas.1217479110

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Der Mensch kann eine Vielzahl von Objekten trotz Unterschieden in ihrem Aussehen schnell erkennen. Die neuronalen Mechanismen, die hochrangigen sensorischen Neuronen sowohl Selektivität gegenüber komplexen Reizmerkmalen als auch „Toleranz“ oder Invarianz gegenüber identitätserhaltenden Transformationen wie räumlicher Übersetzung verleihen, sind nach wie vor wenig verstanden. Frühere Studien haben gezeigt, dass sowohl die Toleranz als auch die Selektivität gegenüber Merkmalskonjunktionen in aufeinanderfolgenden Stadien des ventralen visuellen Stroms, der die visuelle Erkennung vermittelt, erhöht sind. Innerhalb eines bestimmten Bereichs, beispielsweise des visuellen Bereichs V4 oder des inferotemporalen Kortex, wurde festgestellt, dass Toleranz umgekehrt mit der Spärlichkeit neuronaler Reaktionen zusammenhängt, was wiederum positiv mit der Konjunktionsselektivität korreliert. Es war jedoch schwierig, einen direkten Zusammenhang zwischen Toleranz und Konjunktionsselektivität festzustellen, da verschiedene Studien entweder einen umgekehrten oder keinen signifikanten Zusammenhang berichteten. Um dieses Problem zu lösen, haben wir V4-Reaktionen auf natürliche Szenen gemessen und mithilfe kürzlich entwickelter statistischer Techniken sowohl die relevanten Reizmerkmale als auch den Bereich der Translationsinvarianz für jedes Neuron geschätzt. Indem wir uns bei der Analyse auf die Abstimmung auf die Krümmung konzentrierten, ein nachvollziehbares Beispiel für Konjunktionsselektivität, stellten wir fest, dass Neuronen, die auf stärker gekrümmte Konturen abgestimmt waren, kleinere Bereiche der Positionsinvarianz aufwiesen und spärlichere Reaktionen auf natürliche Reize hervorriefen. Diese Kompromisse liefern empirische Unterstützung für neuere Theorien darüber, wie das visuelle System 3D-Formen anhand von Schattierungen und Texturflüssen schätzt, sowie für die Kachelungshypothese des visuellen Raums für verschiedene Krümmungswerte.

Nandy, AS, Sharpee, TO, Reynolds, JH, Mitchell, JF Die Feinstruktur des Shape-Tunings im Bereich V4. (2013) Neuron. 78(6):1102-15. DOI: 10.1016/j.neuron.2013.04.016

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Sundberg, KA, Mitchell, JF, Gawne, TJ, Reynolds, JH Aufmerksamkeit beeinflusst einzelne Einheits- und lokale Feldpotential-Reaktionslatenzen im visuellen kortikalen Bereich V4. (2012) Journal of Neuroscience. 32(45):16040-50. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0489-12.2012

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Fallah, M., Reynolds, JH Kontrastabhängigkeit sanfter Verfolgungsaugenbewegungen nach einer Sakkade zu überlagerten Zielen. (2012) Plus eins. 7(5):e37888. DOI: 10.1371/journal.pone.0037888

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Rückenstrombereiche liefern Bewegungsinformationen, die vom Okulomotoriksystem verwendet werden, um verfolgende Augenbewegungen zu erzeugen. Neuronen in diesen Bereichen sind bei geringem Helligkeitskontrast gesättigt. Wir stellten daher die Hypothese auf, dass die Augengeschwindigkeit in der frühen Phase der Verfolgung eine okulomotorische Verstärkungsfunktion aufweisen würde, die bei niedrigem Luminanzkontrast in die Sättigung geht. Um dies zu testen, zeichneten wir die Augenbewegungen zweier Makaken auf, die darauf trainiert waren, zu einer Öffnung zu sakkieren, in der sich ein Punktmuster nach links oder rechts bewegte. Kurz nach dem Ende der Sakkade folgten die Augen der Bewegungsrichtung mit einem okulomotorischen Gewinn, der mit zunehmendem Kontrast zunahm, bevor sie gesättigt wurden. Das Hinzufügen eines zweiten Punktmusters, das sich in die entgegengesetzte Richtung bewegte und dem ersten überlagerte, führte zu einer Rechtsverschiebung der kontrastabhängigen okulomotorischen Verstärkungsfunktion. Das Ausmaß dieser Verschiebung nahm mit dem Kontrast des zweiten Punktmusters zu. Die Bewegung wurde auf Null gesetzt, wenn die beiden Muster den gleichen Kontrast hatten. Als nächstes variierten wir den Kontrast im Laufe der Zeit. Kontrastunterschiede, die vor Beginn der Sakkade verschwanden, führten zu einer Verzerrung post-sakkadischer Augenbewegungen bei kurzer Latenz. Kontraständerungen, die während oder nach der Sakkadenbeendigung auftraten, hatten etwa 150 ms lang keinen Einfluss auf die Augenbewegungen. Frühere Studien ergaben, dass Augenbewegungen durch eine vektorielle Durchschnittsberechnung erklärt werden können, wenn beide Ziele den gleichen Kontrast haben. Wir schlagen vor, dass diese Mittelungsberechnung einen Sonderfall der divisiven Normalisierung widerspiegeln könnte, die sättigende Kontrastreaktionsfunktionen ergibt, die sich bei entgegengesetzter Bewegung nach rechts verschieben und Bewegungen mitteln, wenn Ziele im Kontrast gleichgesetzt werden.

Anderson, EB, Mitchell, JF, Reynolds, JH Die Aufmerksamkeitsmodulation der Feuerrate variiert mit der Burstigkeit über mutmaßliche Pyramidenneuronen im Makaken-Sehbereich V4. (2011) Journal of Neuroscience. 31(30):10983-92. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0027-11.2011

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Eine der bekanntesten Formen der Aufmerksamkeitsmodulation ist eine Erhöhung der Feuerrate, wenn die Aufmerksamkeit auf das Empfangsfeld eines Neurons gelenkt wird. Der Grad der Geschwindigkeitsmodulation kann jedoch zwischen einzelnen Neuronen erheblich variieren, insbesondere zwischen Neuronen mit breiter Spitze (mutmaßliche Pyramiden). Wir fragten, ob diese Heterogenität möglicherweise mit einer neuronalen Antworteigenschaft korreliert, die in intrazellulären Aufzeichnungsstudien zur Unterscheidung zwischen verschiedenen neuronalen Klassen verwendet wird: der Burstigkeit des neuronalen Spike-Zugs. Wir haben zunächst das Burst-Spiking-Verhalten von V4-Neuronen im visuellen Bereich charakterisiert und festgestellt, dass dieses innerhalb der Population erheblich variiert, konnten jedoch keine Hinweise auf unterschiedliche Klassen von Burst-Verhalten finden. Die Burstiness variierte jedoch stärker in der Neuronenklasse, die die größte Heterogenität in der Aufmerksamkeitsmodulation aufweist, und innerhalb dieser Klasse trug die Burstiness dazu bei, Unterschiede in der Aufmerksamkeitsmodulation zu erklären. Unter diesen Broad-Spiking-Neuronen war die Frequenzmodulation hauptsächlich auf Bursty-Neuronen beschränkt, die als Gruppe einen hochsignifikanten Anstieg der Feuerrate bei Aufmerksamkeit zeigten. Darüber hinaus zeigte jedes stoßartige Broad-Spiking-Neuron, dessen Feuerrate durch die Aufmerksamkeit signifikant moduliert wurde, einen Anstieg der Feuerrate. Im Gegensatz dazu zeigten Wide-Spiking-Neuronen ohne Bursty keine Netto-Aufmerksamkeitsmodulation, und obwohl einige einzelne Neuronen eine signifikante Frequenzmodulation zeigten, waren diese auf Neuronen aufgeteilt, die Zu- und Abnahmen zeigten. Diese Ergebnisse zeigen, dass das Makakengebiet V4 eine Reihe von Burst-Verhalten zeigt und dass die Heterogenität der Aufmerksamkeitsmodulation teilweise durch Variationen in der Burst-Verhaltensweise erklärt werden kann.

Ciaramitaro, VM, Mitchell, JF, Stoner, GR, Reynolds, JH, Boynton, GM Die objektbasierte Aufmerksamkeit auf eine von zwei übereinanderliegenden Oberflächen verändert die Reaktionen im frühen visuellen Kortex des Menschen. (2011) Journal für Neurophysiologie. 105(3):1258-65. DOI: 10.1152/jn.00680.2010

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Angesichts einer überwältigenden Menge an sensorischen Informationen sind wir in der Lage, die Verarbeitung ausgewählter räumlicher Orte und visueller Merkmale zu priorisieren. Die neuronalen Mechanismen, die einer solchen räumlichen und merkmalsbasierten Auswahl zugrunde liegen, wurden ausführlich untersucht. Neuere Arbeiten zeigen, dass Aufmerksamkeit auch auf Objekte gerichtet werden kann, sogar auf räumlich überlagerte Objekte, die aus sich dynamisch verändernden Merkmalen bestehen, die integriert werden müssen, um eine kohärente Objektdarstellung zu erzeugen. Über die Mechanismen, die einer solchen objektbasierten Auswahl zugrunde liegen, ist viel weniger bekannt. Unser Ziel war es, Verhaltens- und neuronale Reaktionen zu untersuchen, wenn die Aufmerksamkeit auf eines von zwei Objekten gerichtet wurde, insbesondere auf eine von zwei übereinanderliegenden transparenten Oberflächen, in einer Aufgabe, die darauf ausgelegt war, eine raumbasierte und merkmalsbasierte Auswahl auszuschließen. Mithilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) haben wir Veränderungen der Blutsauerstoffspiegel-abhängigen (BOLD) Signale gemessen, wenn die Aufmerksamkeit auf die eine oder andere Oberfläche gerichtet war. Wir fanden heraus, dass die visuellen Bereiche V1, V2, V3, V3A und MT+ verstärkte BOLD-Reaktionen auf Übersetzungen einer beaufsichtigten Oberfläche im Vergleich zu einer unbeaufsichtigten Oberfläche zeigten. Diese Ergebnisse zeigen, dass visuelle Bereiche bereits in V1 durch die Aufmerksamkeit auf Objekte moduliert werden können, sogar auf Objekte, die durch sich dynamisch verändernde Elemente definiert werden. Dies liefert beim Menschen den endgültigen Beweis dafür, dass frühe visuelle Bereiche an einem scheinbar übergeordneten Prozess beteiligt sind. Darüber hinaus deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass diese frühen visuellen Bereiche an der „Bindung“ objektspezifischer Merkmale beteiligt sein könnten, einem Prozess, der scheinbar stattfinden muss, damit ein Objekt oder eine Oberfläche die Einheit der Aufmerksamkeitsauswahl darstellt.

Mitchell, JF, Sundberg, KA, Reynolds, JH Räumliche Aufmerksamkeit dekorreliert intrinsische Aktivitätsschwankungen im Makakengebiet V4. (2009) Neuron. 63(6):879-88. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.09.013

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Berdyyeva, TK, Reynolds, JH Der Beginn der Optogenetik von Primaten. (2009) Neuron. 62(2):159-60. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.04.011

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Sundberg, KA, Mitchell, JF, Reynolds, JH Räumliche Aufmerksamkeit moduliert Mitte-Umfeld-Interaktionen im visuellen Bereich von Makaken v4. (2009) Neuron. 61(6):952-63. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.02.023

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Reynolds, JH, Heeger, DJ Das Normalisierungsmodell der Aufmerksamkeit. (2009) Neuron. 61(2):168-85. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.01.002

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Reynolds, J. Dreihundert Millionen Jahre Aufmerksamkeitsselektion. (2008) Neuron. 60(4):528-30. DOI: 10.1016/j.neuron.2008.11.006

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Reynolds, JH Kartierung des Mikroschaltkreises der Aufmerksamkeit. (2008) Nature Neurologie. 11(8):861-2. DOI: 10.1038/nn0808-861

Khoe, W., Mitchell, JF, Reynolds, JH, Hillyard, SA ERP-Beweise, dass oberflächenbasierte Aufmerksamkeit den interokularen Wettbewerb während einer Rivalität beeinflusst. (2008) Zeitschrift für Vision. 8(3):18.1-11. DOI: 10.1167/8.3.18

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Mitchell, JF, Sundberg, KA, Reynolds, JH Differenzielle aufmerksamkeitsabhängige Reaktionsmodulation über Zellklassen im Sehbereich von Makaken V4. (2007) Neuron. 55(1):131-41. DOI: 10.1016/j.neuron.2007.06.018

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Fallah, M., Stoner, GR, Reynolds, JH Reizspezifische kompetitive Selektion im extrastriierten visuellen Bereich von Makaken V4. (2007) Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Vereinigten Staaten von Amerika. 104(10):4165-9. DOI: 10.1073/pnas.0611722104

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Bodelón, C., Fallah, M., Reynolds, JH Zeitliche Auflösung für die Wahrnehmung von Merkmalen und Konjunktionen. (2007) Journal of Neuroscience. 27(4):725-30. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3860-06.2007

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Sundberg, KA, Fallah, M., Reynolds, JH Eine bewegungsabhängige Verzerrung der Retinotopie im Bereich V4. (2006) Neuron. 49(3):447-57. DOI: 10.1016/j.neuron.2005.12.023

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Khoe, W., Mitchell, JF, Reynolds, JH, Hillyard, SA Die exogene Aufmerksamkeitsauswahl transparenter, überlagerter Oberflächen moduliert frühe ereignisbezogene Potenziale. (2005) Sehforschung. 45(24):3004-14. DOI: 10.1016/j.visres.2005.04.021

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Unter Verwendung eines transparenten Bewegungsparadigmas [Valdes-Sosa, M., Bobes, MA, Rodriguez, V. & Pinilla, T. (1998). Aufmerksamkeit wechseln, ohne das Rampenlicht zu verlagern – objektbasierte Aufmerksamkeitsmodulation von Gehirnpotentialen, Journal of Cognitive Neuroscience, 10, 137-151; Valdes-Sosa, M., Cobo, A. & Pinilla, T. (2000). Aufmerksamkeit auf durch transparente Bewegung definierte Objektdateien, Journal of Experimental Psychological: Human Perception and Performance, 26, 488-505] fanden heraus, dass Beobachter die Richtung einer kurzen Übersetzung des Hinweises zuverlässiger angeben können, wenn die Aufmerksamkeit endogen auf eine Oberfläche gerichtet ist als die ungenutzte Oberfläche. Verwendung eines ähnlichen Designs [Reynolds, JH, Alborzian, S. & Stoner, GR (2003). Exogen ausgelöste Aufmerksamkeit löst konkurrierende Auswahl von Oberflächen aus, Vision Research, 43, 59-66] stellte fest, dass selbst in Abwesenheit eines endogenen Hinweises die erste Übersetzung als starker exogener Hinweis fungierte, der die Fähigkeit des Beobachters beeinträchtigte, eine nachfolgende Übersetzung des zu unterscheiden andere Oberfläche. Wir untersuchten die neuronale Grundlage dieses exogenen Hinweiseffekts, indem wir visuelle ereignisbezogene Potenziale (ERPs) aufzeichneten, die durch Übersetzungen der angezeigten und nicht angezeigten Oberflächen hervorgerufen wurden. Den Probanden wurde die Aufgabe gegeben zu beurteilen, ob die erste und zweite Übersetzung in der Richtung identisch waren oder nicht, und ihre Leistung war beeinträchtigt, wenn die zweite Übersetzung auf der nicht markierten Oberfläche im Vergleich zur markierten Oberfläche erfolgte. Die hinteren C1- (75–110 ms) und N1-(160–210 ms) Komponenten des ERP, die durch die zweite Translation der Cue-Oberfläche hervorgerufen wurden, waren größer als diejenigen, die durch die Translation der nicht Cue-Oberfläche hervorgerufen wurden. Diese Verhaltens- und ERP-Hinweiseffekte waren auch dann vorhanden, wenn die beiden Oberflächen farblich identisch waren und konnten daher nicht auf aufmerksamkeitsbedingte Modulationen der Farbkanalverstärkung zurückgeführt werden. Diese Ergebnisse liefern Hinweise darauf, dass exogene Hinweise zu einer bevorzugten Auswahl der Hinweisoberfläche sowohl im frühen als auch im mittleren Stadium der visuell-kortikalen Verarbeitung führen.

Stoner, GR, Mitchell, JF, Fallah, M., Reynolds, JH Wechselwirkende Konkurrenzselektion in Aufmerksamkeit und binokularer Rivalität. (2005) Fortschritte in der Hirnforschung. 149:227-34. DOI: 10.1016/S0079-6123(05)49016-0

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Reynolds, JH, Fallah, F. (2004) Funktionelles Neuroimaging der visuellen Wahrnehmung, Aufmerksamkeit und Leistung XX.: 363-380

Reynolds, JH, Chelazzi, L. Aufmerksamkeitsmodulation der visuellen Verarbeitung. (2004) Jahresrückblick der Neurowissenschaften. 27:611-47. DOI: 10.1146/annurev.neuro.26.041002.131039

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Mitchell, JF, Stoner, GR, Reynolds, JH Die objektbasierte Aufmerksamkeit bestimmt die Dominanz in der binokularen Rivalität. (2004) Natur. 429(6990):410-3. DOI: 10.1038/nature02584

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Mitchell, JF, Stoner, GR, Fallah, M., Reynolds, JH Die gezielte Auswahl überlagerter Flächen kann nicht durch Modulation der Verstärkung von Farbkanälen erklärt werden. (2003) Sehforschung. 43 (12): 1323-8.

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Reynolds, JH, Gottlieb, JP, Kastner (2003) Fundamental Neuroscience, 2. Auflage.: 1249-1272

Reynolds, JH, Desimone, R. Wechselwirkende Rollen von Aufmerksamkeit und visueller Bedeutung in V4. (2003) Neuron. 37 (5): 853-63.

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Reynolds, JH, Alborzian, S., Stoner, GR Exogen gelenkte Aufmerksamkeit löst eine konkurrierende Auswahl von Oberflächen aus. (2003) Sehforschung. 43 (1): 59-66.

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Fallah, M., Reynolds, JH Aufmerksamkeit! V1-Neuronen stehen zur Inspektion an. (2001) Neuron. 31 (5): 674-5.

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Fries, P., Reynolds, JH, Rorie, AE, Desimone, R. Modulation der oszillatorischen neuronalen Synchronisation durch selektive visuelle Aufmerksamkeit. (2001) Science. 291(5508):1560-3. DOI: 10.1126/science.291.5508.1560

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Reynolds, JH, Pasternak, T., Desimone, R. Aufmerksamkeit erhöht die Empfindlichkeit von V4-Neuronen. (2000) Neuron. 26 (3): 703-14.

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Reynolds, JH, Desimone, R. Die Rolle neuronaler Aufmerksamkeitsmechanismen bei der Lösung des Bindungsproblems. (1999) Neuron. 24(1):19-29, 111-25.

Reynolds, JH, Chelazzi, L., Desimone, R. In den Makakengebieten V2 und V4 sind Konkurrenzmechanismen im Fokus. (1999) Journal of Neuroscience. 19 (5): 1736-53.

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Es ist allgemein bekannt, dass Aufmerksamkeit die visuelle Verarbeitung im extrastriären Kortex moduliert. Die zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen sind jedoch unbekannt. Eine konsistente Beobachtung ist, dass Aufmerksamkeit den größten Einfluss auf neuronale Reaktionen hat, wenn mehrere Reize gleichzeitig im Empfangsfeld einer Zelle auftreten. Eine Möglichkeit, dies zu erklären, besteht darin, anzunehmen, dass mehrere Reize konkurrierende Neuronenpopulationen aktivieren und dass die Aufmerksamkeit diesen Wettbewerb zugunsten des beobachteten Reizes verzerrt. Ohne konkurrierende Reize gibt es keinen zu lösenden Wettbewerb. Dementsprechend hat die Aufmerksamkeit einen begrenzteren Einfluss auf die neuronale Reaktion auf einen einzelnen Reiz. Um diese Interpretation zu testen, haben wir die Reaktionen von Neuronen in den Makakenbereichen V2 und V4 mithilfe eines Verhaltensparadigmas gemessen, das es uns ermöglichte, automatische sensorische Verarbeitungsmechanismen von Aufmerksamkeitseffekten zu isolieren. Zuerst haben wir die Reaktion jeder Zelle auf einen einzelnen Reiz gemessen, der allein innerhalb des rezeptiven Feldes oder gepaart mit einem zweiten rezeptiven Feldreiz präsentiert wurde, während der Affe sich auf einen Ort außerhalb des rezeptiven Feldes konzentrierte. Das Hinzufügen des zweiten Reizes führte typischerweise dazu, dass sich die Reaktion des Neurons in Richtung der Reaktion bewegte, die allein durch den zweiten Reiz hervorgerufen wurde. Dann richteten wir die Aufmerksamkeit des Affen auf ein Element des Paares. Dadurch orientierte sich die Reaktion des Neurons an der Reaktion, die ausgelöst wurde, wenn der beobachtete Reiz allein auftrat. Diese Ergebnisse stimmen mit der Idee überein, dass Aufmerksamkeit die konkurrierenden Interaktionen zwischen Neuronen beeinflusst und dazu führt, dass sie hauptsächlich auf den beobachteten Reiz reagieren. Um diese Ergebnisse zu erklären, wird ein quantitatives neuronales Aufmerksamkeitsmodell vorgeschlagen.

Carpenter, GA, Grossberg, S., Reynolds, JH Ein nichtparametrischer Fuzzy-ARTMAP-Wahrscheinlichkeitsschätzer für instationäre Mustererkennungsprobleme. (1995) IEEE Trans Neural Netw. 6(6):1330-6. DOI: 10.1109/72.471374

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Carpenter, GA, Grossberg, S., Markuzon, N., Reynolds, JH, Rosen, DB Fuzzy ARTMAP: Eine neuronale Netzwerkarchitektur für inkrementelles überwachtes Lernen analoger mehrdimensionaler Karten. (1992) IEEE Trans Neural Netw. 3(5):698-713. DOI: 10.1109/72.159059

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John Reynolds, PhD

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