Publications - Salk Institute for Biological Studies

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Franken, T.P., Reynolds, J.H. Gruppierungssignale im visuellen Kortex von Primaten. (2025) Neuron. DOI: 10.1016/j.neuron.2025.05.003

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Glavis-Bloom, C., Vanderlip, C.R., Asch, P.A., Novak, S.P.W., Kuwajima, M., Kirk, L.M., Harris, K.M., Manor, U., Reynolds, J.H. Grundlagenwissenschaft und Pathogenese. (2024) Alzheimer-Demenz. 20 Suppl 1:e085459. DOI: 10.1002/alz.085459

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Morton, M.P., Denagamage, S., Blume, I.J., Reynolds, J.H., ,Jadi, M.P., Nandy, A.S. Hirnzustand und kortikale Schicht-spezifische Mechanismen für die Wahrnehmung an der Schwelle. (2024) Elife. 12. DOI: 10.7554/eLife.91722

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Davis, Z.W., Busch, A., Steward, C., Muller, L., Reynolds, J. Horizontale kortikale Verbindungen formen intrinsische Reisewellen zu Merkmals-selektiven Motiven, die die perzeptuelle Sensitivität regulieren. (2024) Cell Reports. 43(9):114707. DOI: 10.1016/j.celrep.2024.114707

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Dotson, N.M., Davis, Z.W., Jendritza, P., Reynolds, J.H. Akute Neuropixels-Aufnahmen beim Totenkopfaffen. (2024) eNeuro. DOI: 10.1523/ENEURO.0544-23.2024

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Lineare Sonden mit hoher Dichte, wie Neuropixel, bieten eine noch nie dagewesene Möglichkeit zu verstehen, wie neuronale Populationen innerhalb bestimmter laminarer Kompartimente zum Verhalten beitragen. Im Gegensatz zu Makaken haben Marmosettenaffen einen lissenzephalen (glatten) Kortex, der eine Aufzeichnung senkrecht zur kortikalen Oberfläche ermöglicht, was sie zu einem idealen Tiermodell für die Untersuchung laminarer Berechnungen macht. Hier stellen wir eine Methode für akute Neuropixel-Aufnahmen beim Marmosetten () vor. Bei diesem Ansatz wird die native Dura durch eine künstliche Dura auf Silikonbasis ersetzt, die einen visuellen Zugang zur Kortikalisoberfläche ermöglicht. Dies ist hilfreich, um Blutgefäße zu vermeiden, gewährleistet senkrechte Durchdringungen und kann in Verbindung mit optischer Bildgebung oder optogenetischen Techniken verwendet werden. Die Kammer, in der die künstliche Dura untergebracht ist, ist einfach zu warten und birgt ein minimales Infektionsrisiko; sie könnte mit halbautomatischen Mikroantrieben und drahtlosen Aufzeichnungsgeräten kombiniert werden. Diese Technik ermöglicht wiederholte akute Penetrationen über einen Zeitraum von mehreren Monaten. Bei gelegentlicher Entfernung des Gewebewachstums auf der Pialfläche 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 gesamte kortikale Spalte verteilt sind. Die Großhirnrinde des Makaken ist stark gefaltet, was ein großes Problem für die Untersuchung laminarer Berechnungen in vielen kortikalen Bereichen darstellt. Marmosetten hingegen haben ein glattes Gehirn, das gleichzeitige Aufzeichnungen aus allen Schichten der Hirnrinde in Bereichen ermöglicht, die beim Makaken tief in Sulci vergraben sind. In diesem Manuskript beschreiben wir ein künstliches Dura-System, das den neuesten Stand der Technik bei hochdichten Sonden, den Neuropixeln, nutzt. Mit diesem System können wir problemlos mehrere Neuropixels normal zur kortikalen Oberfläche in den Kortex von Marmosetten einführen, was wiederholte laminare Aufzeichnungen über einen Zeitraum von bis zu einem Jahr oder mehr ermöglicht.

Franken, T.P., Reynolds, J.H. Gruppierung von Zellen im visuellen Kortex von Primaten. (2024) bioRxiv. DOI: 10.1101/2024.01.16.575953

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Unsere Wahrnehmung der Anordnung von Objekten in visuellen Szenen ist bemerkenswert stabil, obwohl sich die Lichtmuster, die bei jeder Sakkade auf die Netzhaut fallen, schnell verändern. Ein Mechanismus, der zur Wahrnehmungsstabilität beitragen kann, ist die Zuweisung von Grenzbesitz. In Studien im Makakenareal V2 wurden Neuronen identifiziert, die signalisieren, welche Seite eines Randes zu einer Vordergrundfläche gehört. Dieses Signal bleibt für Hunderte von Millisekunden bestehen, nachdem die Zugehörigkeit zu einer Grenze durch das Löschen der Stimulusmerkmale, die den Vordergrund vom Hintergrund unterscheiden, mehrdeutig gemacht wurde. Bemerkenswerterweise überlebt dieses Signal Augenbewegungen: Neuronen, die für die Grenzzugehörigkeit zuständig sind, zeigen auch Signale für die Grenzzugehörigkeit, wenn eine Augenbewegung die neu mehrdeutige Grenze in ihr rezeptives Feld bringt. Die Hypothese der Gruppierungszellen geht von der Existenz hypothetischer Gruppierungszellen in einem nachgeschalteten Gehirnbereich aus. Diese Zellen würden persistente Proto-Objekt-Repräsentationen berechnen und hätten daher die Eigenschaft, Zellen in vorgelagerten Hirnarealen mit einer Selektivität für Grenzbesitz auszustatten. Es wurde vorhergesagt, dass solche Gruppierungszellen ein zentripetales und persistentes Muster der bevorzugten Seite des Besitzes für eine Grenze zeigen, die parallel zum Umfang ihres klassischen rezeptiven Feldes liegt, und ein solches zentripetales Präferenzmuster des Besitzes sollte auch in diesen Zellen auftreten, wenn eine mehrdeutige Grenze nach einer Sakkade in ihrem rezeptiven Feld landet. Es ist unbekannt, ob es gruppierende Zellen gibt. Hier haben wir laminare Multielektroden im Bereich V4 - der Hauptquelle der Rückkopplung zu V2 - von verhaltensauffälligen Makaken verwendet, um festzustellen, ob solche Gruppierungszellen existieren. In Übereinstimmung mit der Modellvorhersage finden wir eine beträchtliche Population von Neuronen mit diesen Eigenschaften in allen laminaren Kompartimenten, und sie weisen eine Antwortlatenz auf, die kurz genug ist, um als Quelle zu fungieren, die Neuronen in V2 mit Selektivität für Grenzbesitz ausstattet. Während die Aktivität der Gruppierungszellen Informationen über die Lage der Vordergrundflächen liefert, sind diese Neuronen kontraintuitiv nicht so stark auf die Polarität des Luminanzkontrasts, ein Merkmal dieser Flächen, abgestimmt wie die Zellen für die Randbesetzung. Unsere Daten deuten auf eine Arbeitsteilung hin, bei der die neu entdeckten Gruppierungszellen die räumlich-zeitliche Kontinuität segmentierter Oberflächen gewährleisten, während die Randzellen diese Ortsinformation mit Oberflächenmerkmalen wie dem Luminanzkontrast verbinden.

Sanzeni, A., Palmigiano, A., Nguyen, T.H., Luo, J., Nassi, J.J., Reynolds, J.H., Histed, M.H., Miller, K.D., Brunel, N. Mechanismen, die der Umlagerung visueller Antworten durch optogenetische Stimulation bei Mäusen und Affen zugrunde liegen. (2023) Neuron. DOI: 10.1016/j.neuron.2023.09.018

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Dotson, N.M., Davis, Z.W., Salisbury, J.M., Palmer, S.E., Cavanagh, P., Reynolds, J.H. Die Doppelablenkungsparallaxe beeinflusst das okkulomotorische System des Krallenaffen. (2023) Journal of Vision. 23(10):4. DOI: 10.1167/jov.23.10.4

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Vanderlip, C.R., Asch, P.A., Reynolds, J.H., Glavis-Bloom, C. Domänenspezifische kognitive Beeinträchtigungen spiegeln präfrontale Dysfunktion bei älteren Krallenaffen wider. (2023) eNeuro. DOI: 10.1523/ENEURO.0187-23.2023

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Altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen treten nicht in allen kognitiven Bereichen gleichmäßig auf. Kognitive Funktionen, die auf Hirnareale angewiesen sind, die mit dem Alter erhebliche neuroanatomische Veränderungen erfahren, zeigen häufig altersbedingte Beeinträchtigungen, während solche, die auf Hirnareale mit minimalen altersbedingten Veränderungen angewiesen sind, typischerweise nicht beeinträchtigt werden. Das Seidenäffchen ist als Modell für die neurowissenschaftliche Forschung immer beliebter geworden, doch fehlt es an einer robusten kognitiven Phänotypisierung, insbesondere in Abhängigkeit vom Alter und über mehrere kognitive Bereiche hinweg. Dies stellt eine große Einschränkung für die Entwicklung und Bewertung des Seidenäffchens als Modell des kognitiven Alterns dar und lässt die Frage offen, ob sie altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen aufweisen, die auf einige kognitive Bereiche beschränkt sind, wie beim Menschen. In dieser Studie haben wir das Lernen von Reiz-Belohnungs-Assoziationen und die kognitive Flexibilität von jungen Erwachsenen bis hin zu geriatrischen Marmosetten mit Hilfe einer einfachen Unterscheidungsaufgabe bzw. einer seriellen Umkehraufgabe untersucht. Wir fanden heraus, dass gealterte Säbelzahntiger vorübergehende Beeinträchtigungen beim "Lernen-zum-Lernen" zeigen, aber die Fähigkeit, Reiz-Belohnungs-Assoziationen zu bilden, erhalten bleibt. Darüber hinaus haben gealterte Marmosetten eine beeinträchtigte kognitive Flexibilität, die auf eine Anfälligkeit für proaktive Interferenzen zurückzuführen ist. Da diese Beeinträchtigungen in Bereichen auftreten, die entscheidend vom präfrontalen Kortex abhängen, unterstützen unsere Ergebnisse die präfrontale kortikale Dysfunktion als herausragendes Merkmal der neurokognitiven Alterung. Diese Arbeit macht das Marmoset zu einem Schlüsselmodell für das Verständnis der neuronalen Grundlagen des kognitiven Alterns. Das Altern ist der größte Risikofaktor für die Entwicklung neurodegenerativer Erkrankungen, und das Verständnis der Gründe dafür ist entscheidend für die Entwicklung wirksamer Therapeutika. Das Seidenäffchen, ein kurzlebiger nicht-menschlicher Primat mit neuroanatomischer Ähnlichkeit zum Menschen, hat für neurowissenschaftliche Untersuchungen an Bedeutung gewonnen. Das Fehlen einer robusten kognitiven Phänotypisierung, insbesondere in Abhängigkeit vom Alter und in verschiedenen kognitiven Bereichen, schränkt jedoch ihre Gültigkeit als Modell für altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen ein. Wir zeigen, dass alternde Marmosetten wie Menschen Beeinträchtigungen aufweisen, die spezifisch für kognitive Bereiche sind, die auf Hirnareale angewiesen sind, die im Alter erhebliche molekulare und neuroanatomische Veränderungen erfahren. Diese Arbeit bestätigt das Marmoset als ein Schlüsselmodell für das Verständnis der regionsspezifischen Anfälligkeit für den Alterungsprozess.

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

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Denagamage, S., Morton, M.P., Hudson, N.V., Reynolds, J.H., ,Jadi, M.P., Nandy, A.S. Laminare Mechanismen der sakkadischen Suppression im visuellen Kortex von Primaten. (2023) Cell Reports. 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, K.M., Manor, U., Reynolds, J.H. Verletzung des ultrastrukturellen Größenprinzips im dorsolateralen präfrontalen Kortex ist Ursache für Beeinträchtigungen des Arbeitsgedächtnisses beim gealterten Totenkopfaffen (Callithrix jacchus) (2023) Frontiers in Aging Neuroscience. 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 sind schon früh im Alterungsprozess beeinträchtigt, aber fast die Hälfte der älteren Menschen bleibt von Defiziten im Arbeitsgedächtnis verschont. Translational relevante Modellsysteme sind entscheidend, um die neurobiologischen Triebkräfte dieser Variabilität zu bestimmen. Das Marmoset (Callithrix jacchus) ist ein vorteilhaftes Modell für diese Untersuchungen, da Marmosets als nicht-menschliche Primaten einen klar definierten dlPFC haben, der die Messung von präfrontal-abhängigen kognitiven Funktionen ermöglicht, und ihre kurze Lebensspanne (∼10 Jahre) erleichtert Längsschnittstudien des Alterns. Zuvor haben wir die Kapazität des Arbeitsgedächtnisses in einer Kohorte von Seidenäffchen charakterisiert, die insgesamt die gesamte Lebensspanne abdeckt, und eine altersbedingte Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses festgestellt. Außerdem fanden wir 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, Menschenaffen, die mit kognitiver Beeinträchtigung altern, von denen unterscheiden, die ohne kognitive Beeinträchtigung altern. Wir nutzten die Elektronenmikroskopie zur Visualisierung von Synapsen im dlPFC des Marmosetten 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 zugehörigen Boutons für eine intakte Arbeitsgedächtnisleistung bei gealterten Marmosetten unerlässlich ist. Darüber hinaus ist die fehlende synaptische Skalierung, die auf ein bemerkenswertes Versagen der synaptischen Mitochondrien bei der Skalierung mit präsynaptischen Boutons zurückzuführen ist, selektiv für die altersbedingte Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses verantwortlich. Wir vermuten, dass diese Entkopplung zu einem Missverhältnis zwischen Energieangebot und -nachfrage führt, was wiederum eine Beeinträchtigung der synaptischen Übertragung zur Folge hat. Wir fanden auch heraus, dass gealterte Marmosetten weniger Synapsen im dlPFC haben als junge Tiere, obwohl der Schweregrad des Synapsenverlustes nicht vorhersagte, ob das Altern mit oder ohne kognitive Beeinträchtigung auftrat. Diese Arbeit identifiziert einen neuartigen Mechanismus der Synapsen-Dysfunktion, der die mit kognitiver Beeinträchtigung alternden Marmosetten von denen unterscheidet, die ohne kognitive Beeinträchtigung altern. Der Prozess, durch den die synaptische Skalierung reguliert wird, ist noch unbekannt und bedarf weiterer Untersuchungen.

Davis, Z.W., Dotson, N.M., Franken, T.P., Muller, L., Reynolds, J.H. Spitzen-Phasen-Kopplungsmuster enthüllen laminare Identität im primären Kortex. (2023) Elife. 12. DOI: 10.7554/eLife.84512

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Glavis-Bloom, C., Vanderlip, C.R., Reynolds, J.H. Altersbedingte Beeinträchtigung des Lernens und des Arbeitsgedächtnisses beim Totenkopfaffen. (2022) Journal of Neuroscience. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0985-22.2022

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Das Altern ist der größte Risikofaktor für die Entwicklung neurodegenerativer Erkrankungen, doch wir verstehen immer noch nicht, wie der Alterungsprozess zu einer pathologischen Anfälligkeit führt. Die Forschung hat sich stark auf Mausmodelle gestützt, aber die erheblichen anatomischen, physiologischen und kognitiven Unterschiede zwischen Mäusen und Menschen schränken deren translationale Relevanz ein. Letztlich erfordern diese Hindernisse die Entwicklung neuer Alterungsmodelle. Als nicht-menschlicher Primat hat das Seidenäffchen () viele Merkmale mit dem Menschen gemeinsam und verfügt dennoch über eine deutlich kürzere Lebensspanne (10 Jahre) als andere Primaten, wodurch es sich ideal für Längsschnittstudien des Alterns eignet. Unser Ziel war es, das Marmoset als Modell für altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen zu untersuchen. Zu diesem Zweck nutzten wir die Delayed Recognition Span Task (DRST), um altersbedingte Veränderungen der Arbeitsgedächtniskapazität in einer Kohorte von sechzehn Seidenaffen beiderlei Geschlechts im Alter von jungen Erwachsenen bis zu Senioren zu charakterisieren. Diese Affen führten Tausende von Versuchen über einen Zeitraum durch, der bis zu 50 Prozent ihrer Lebenszeit als Erwachsene betrug. Unseres Wissens nach ist dies die gründlichste kognitive Profilierung aller bisher durchgeführten Studien über das Altern von Seidenäffchen. Bei der Analyse individueller Lernkurven stellten wir fest, dass ältere Tiere einen verzögerten Lernbeginn, eine verlangsamte Lerngeschwindigkeit nach dem Lernbeginn und eine verringerte asymptotische Arbeitsgedächtnisleistung aufwiesen. Diese Ergebnisse lassen sich nicht durch altersbedingte Beeinträchtigungen der motorischen Geschwindigkeit und Motivation erklären. Das Verständnis des normalen Alterungsprozesses ist von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung von Therapeutika für neurodegenerative Krankheiten, bei denen das Altern der größte Risikofaktor ist. In der Vergangenheit hat man sich auf dem Gebiet des Alterns auf Tiermodelle verlassen, die sich deutlich vom Menschen unterscheiden, was die Übertragbarkeit einschränkt. Hier etablieren wir einen kurzlebigen nicht-menschlichen Primaten, das Seidenäffchen, als Schlüsselmodell für altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen. Wir zeigen durch kontinuierliche Tests über einen beträchtlichen Teil der Lebensspanne erwachsener Marmosetten, dass das Altern mit einer Beeinträchtigung sowohl der Lern- als auch der Arbeitsgedächtniskapazität einhergeht, die nicht durch altersbedingte Veränderungen der motorischen Geschwindigkeit und der Motivation erklärt werden kann. Die Charakterisierung individueller kognitiver Alterungsprozesse offenbart eine inhärente Heterogenität, die zu einer früheren Erkennung des Beginns von Beeinträchtigungen und zu einer Verlängerung der Zeitspanne führen könnte, in der Therapeutika wirksam sind.

Davis, Z. W., Muller, L., Reynolds, J.H. Spontanes Feuern wird durch Breitbandfluktuationen gesteuert. (2022) Journal of Neuroscience. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1899-21.2022

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Populationen von kortikalen Neuronen erzeugen rhythmische Fluktuationen in ihrer laufenden spontanen Aktivität. Diese Fluktuationen lassen sich im lokalen Feldpotenzial (LFP) erkennen, das die summierten Rückströme der synaptischen Aktivität in der lokalen Population nahe einer Aufzeichnungselektrode widerspiegelt. Das LFP ist spektral breit gefächert, und viele Forscher gehen davon aus, dass diese Breite viele schmalbandige oszillatorische Komponenten enthält, die unterschiedliche funktionelle Aufgaben haben können. Diese Ansicht wird durch die Beobachtung gestützt, dass die Phase der schmalbandigen Oszillationen häufig mit der kortikalen Erregbarkeit korreliert ist und mit dem Timing der Spiking-Aktivität und der Zuverlässigkeit der sensorisch evozierten Reaktionen zusammenhängen kann. Dementsprechend stellen sich die Forscher häufig auf diese Kanäle ein, indem sie die LFP schmalbandig filtern. Alternativ dazu kann die neuronale Aktivität grundsätzlich breitbandig sein und aus vorübergehenden, nicht-stationären Rhythmen bestehen, die sich nur schwer als Oszillationen annähern lassen. Bei dieser Sichtweise steht der momentane Zustand des breiten Ensembles in direktem Zusammenhang mit der Erregbarkeit der lokalen Population, ohne dass eine besondere Zugehörigkeit zu einem Frequenzband besteht. Um zwischen diesen Alternativen zu testen, haben wir die Frage gestellt, ob die Spiking-Aktivität neokortikaler Neuronen bei Marmosetten beiderlei Geschlechts besser mit der Phase des LFP innerhalb enger Frequenzbänder oder mit einem breitbandigen Maß übereinstimmt. Wir fanden heraus, dass die Phase der breitbandigen LFP-Fluktuationen einen besseren Prädiktor für das Spike-Timing darstellt als die Phase nach Filterung in schmalen Bändern. Diese Ergebnisse stellen die Ansicht in Frage, dass der Neokortex ein System aus schmalbandigen Oszillatoren ist, und unterstützen eine Sichtweise, bei der neuronale Aktivitätsschwankungen von Natur aus breitbandig sind.Bei der Erforschung des dynamischen Zustands neuronaler Populationen wird dem Zustand der schmalbandigen oszillatorischen Komponenten oft eine besondere Bedeutung beigemessen. Rhythmische Fluktuationen in der kortikalen Aktivität sind jedoch nicht stationär und haben ein breites Spektrum. Wir stellen fest, dass das Timing spontaner Spike-Aktivität besser durch den Zustand breitbandiger Fluktuationen als durch eine latente oszillatorische Komponente erfasst wird. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass schmalbandige Interpretationen von rhythmischer Populationsaktivität begrenzt sein können und breitere Darstellungen eine höhere Genauigkeit bei der Beschreibung von Moment-zu-Moment-Fluktuationen in der kortikalen Aktivität bieten können.

Franken, T.P., Reynolds, J.H. Spaltenweise Verarbeitung der Grenzverantwortlichkeit im visuellen Kortex von Primaten. (2021) Elife. 10. DOI: 10.7554/eLife.72573

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Davis, Z.W., Benigno, G.B., Fletterman, C., Desbordes, T., Steward, C., Sejnowski, T.J., Reynolds, J.H., Müller, L. Spontane Wellen entstehen natürlich aus horizontalen Zeitverzögerungen der Fasern und breiten sich durch lokal asynchrone-unregelmäßige Zustände aus. (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, J.H. Spontane reisefreudige kortikale Wellen steuern die Wahrnehmung bei verhaltensgesteuerten Primaten (2020) Natur. DOI: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2802-y.

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Vormstein-Schneider, D., Lin, J.D., Pelkey, K.A., Chittajallu, R., Guo, B., Arias-Garcia, M.A., Allaway, K., Sakopoulos, S., Schneider, G., Stevenson, O., Vergara, J., Sharma, J., Zhang, Q., Franken, T.P., Smith, J., Ibrahim, L.A., M Astro, K.J., Sabri, E., Huang, S., Favuzzi, E., Burbridge, T., Xu, Q., Guo, L., Vogel, I., Sanchez, V., Saldi, G.A., Gorissen, B.L., Yuan, X., Zaghloul, K.A., Devinsky, O., Sabatini, B.L., Batista-Brito, R., Reynolds, J., Feng, G., Fu, Z., McBain, C.J., Fishell, G., Dimidschstein, J. Virale Manipulation von funktionell unterschiedlichen Interneuronen bei Mäusen, nicht-menschlichen Primaten und Menschen. (2020) Nature Neuroscience. DOI: 10.1038/s41593-020-0692-9

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Nandy, A.S., Nassi, J.J., Jadi, M.P., Reynolds, J.H. 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 von Eigenschaften neuronaler Schaltkreise aus optogenetischer Stimulation. (2018) PLOS One. 13(10):e0205386. DOI: 10.1371/journal.pone.0205386

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Die Optogenetik hat sich zu einem wichtigen Instrument entwickelt, um neuronale Schaltkreise mit beispielloser zeitlicher Präzision und Zellartspezifität zu stören. Die direkte Aktivierung einer bestimmten Teilpopulation von Neuronen kann jedoch schnell die Aktivität anderer Neuronen innerhalb des Netzwerks modulieren und zu unerwarteten und komplexen Folgewirkungen führen. Hier haben wir ein biologisch eingeschränktes Computermodell entwickelt, das diese nicht-intuitiven Netzwerkreaktionen ausnutzt, um Einblicke in die zugrunde liegenden Eigenschaften des Netzwerks zu gewinnen. Wir wenden dieses Modell auf Daten an, die während optogenetischer Stimulation im primären visuellen Kortex des wachen Makaken aufgezeichnet wurden. In diesen Experimenten stellten wir fest, dass die optogenetische Depolarisierung erregender Neuronen häufig die neuronalen Antworten unterdrückte, was mit dem Einsatz von Normalisierungsschaltkreisen übereinstimmt. Unser Modell deutet darauf hin, dass die Unterdrückung dieser Antworten durch langsame exzitatorische und inhibitorische Leitfähigkeitskanäle vermittelt werden könnte. Darüber hinaus sagte das Modell voraus, dass die Reaktion des Netzwerks auf optogenetische Stimulationen entscheidend von der Beziehung zwischen den inhärenten zeitlichen Eigenschaften des Netzwerks und den zeitlichen Eigenschaften des Opsins abhängt. In Übereinstimmung mit den Modellvorhersagen führte die Stimulation des C1V1TT-Opsins, eines Opsins mit einer schnellen Zeitkonstante (tau = 45 ms), zu schnelleren und stärkeren unterdrückenden Effekten nach dem Laser-Offset als die Stimulation des langsameren C1V1T-Opsins (tau = 60 ms). Diese Arbeit veranschaulicht, wie die nicht-intuitiven Netzwerkreaktionen, die aus optogenetischer Stimulation resultieren, ausgenutzt werden können, um Einblicke in Netzwerkeigenschaften zu gewinnen, die grundlegenden neuronalen Berechnungen wie der Normalisierung zugrunde liegen. Dieser neuartige hybride opto-theoretische Ansatz kann somit die Möglichkeiten der Optogenetik zur Untersuchung komplexer neuronaler Schaltkreise erweitern.

Muller, L., Chavane, F., Reynolds, J., Sejnowski, T.J. Kortikale traveling waves: Mechanismen und rechnerische Prinzipien. (2018) Nature Reviews Neuroscience. DOI: 10.1038/nrn.2018.20

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Nandy, A.S., Nassi, J.J., Reynolds, J.H. Laminare Organisation der Aufmerksamkeitsmodulation in der visuellen Areale V4 von Makaken. (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, S.L., Saldi, G.A., Guo, L., Xu, Q., Liu, R., Lu, C., Chu, J., Grimley, J.S., Krostag, A.R., Kaykas, A., Avery, M.C., Rashid, M.S., Baek, M., Jacob, A.L., Smith, G.B., Wilson, D.E., Kosche, G., Kruglikov, I., Rusielewicz, T., Kotak, V.C., Mowery, T.M., Anderson, S.A., Callaway, E.M., Dasen, J.S., Fitzpatrick, D., Fossati, V., Long, M.A., Noggle, S., Reynolds, J.H., Sanes, D.H., Rudy, B., Feng, G., Fishell, G. Eine virale Strategie zur Zielerfassung und Manipulation von Interneuronen über Wirbeltierarten hinweg. (2016) Nature Neuroscience. 19(12):1743-1749. DOI: 10.1038/nn.4430

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Nandy, A.S., Mitchell, J.F., Jadi, M.P., Reynolds, J.H. Neuronen in Makaken-Areal V4 sind für komplexe räumlich-zeitliche Muster abgestimmt. (2016) Neuron. 91(4):920-930. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.07.026

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Disney, A.A., McKinney, C., Grissom, L., Lu, X., Reynolds, J.H. Ein Multi-Site-Array für kombinierte lokale Elektrochemie und Elektrophysiologie im Gehirn von nicht-menschlichen Primaten. (2015) Zeitschrift für Neurowissenschaftliche Methoden. 255:29-37. DOI: 10.1016/j.jneumeth.2015.07.009

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Nassi, J. J., Avery, M. C., Cetin, A. H., Roe, A. W., Reynolds, J.H. Optogenetische Aktivierung der Normalisierung im visuellen Kortex von wachen Makaken. (2015) Neuron. 86(6):1504-17. DOI: 10.1016/j.neuron.2015.05.040

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Izpisua Belmonte, J.C., Callaway, E.M., Caddick, S.J., Churchland, P., Feng, G., Homanics, G.E., Lee, K.F., Leopold, D.A., Miller, C.T., Mitchell, J.F., Mitalipov, S., Moutri, A.R., Movshon, J.A., Okano, H., Reynolds, J.H., Ringach, D., Sejnowski, T.J., Silva, A.C., Strick, P.L., 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, J.F., Boisvert, C.J., Reuter, J.D., Reynolds, J.H., Leblanc, M. Korrektur von refraktiven Fehlern bei Rhesusaffen (Macaca mulatta), die in der visuellen Forschung eingesetzt werden. (2014) Vergleichende Medizin. 64(4):300-8.

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Disney, A.A., Alasady, H.A., Reynolds, J.H. Muskarinische Acetylcholinrezeptoren werden von den meisten parvalbumin-immunreaktiven Neuronen in Area MT des Makaken exprimiert. (2014) Gehirn und Verhalten. 4(3):431-45. DOI: 10.1002/brb3.225

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Disney, A.A., Reynolds, J.H. Expression von m1-Typ muskarinischen Acetylcholinrezeptoren durch parvalbumin-immunreaktive Neuronen im primären visuellen Kortex: eine vergleichende Studie von Ratte, Meerschweinchen, Frettchen, Makake und Mensch. (2014) Journal of Vergleichende Neurologie. 522(5):986-1003. DOI: 10.1002/cne.23456

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Mitchell, J.F., Reynolds, J.H., Miller, C.T. Aktive visuelle Wahrnehmung 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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Das Seidenäffchen (Callithrix jacchus), ein kleinwüchsiger Primat der Neuen Welt, bietet mehrere Vorteile zur Ergänzung der Sehforschung an größeren Primaten. Studien an betäubten Seidenäffchen haben die Anatomie und Physiologie ihres Sehsystems detailliert untersucht (Rosa et al., 2009), während Studien zur auditorischen und stimmlichen Verarbeitung ihren Nutzen für neurophysiologische Untersuchungen im Wachzustand und im Verhalten 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 Makaken visuelle Aufgaben unter Zurückhaltung des Kopfes durchführen können. Dies ist für Studien an Makaken von entscheidender Bedeutung, da es sowohl eine genaue Blickverfolgung als auch eine Stabilisierung des Kopfes für die Neurophysiologie ermöglicht. In einer Reihe von Experimenten haben wir das freie Sehverhalten von kopfgebundenen Seidenäffchen mit dem von Makaken verglichen und festgestellt, dass ihr Sakkadenverhalten in einer Reihe von Sakkadenmetriken vergleichbar ist und dass Sakkaden ähnliche Zielregionen ansteuern, einschließlich Gesichter. In einer zweiten Reihe von Experimenten wendeten wir Techniken der Verhaltenskonditionierung an, um festzustellen, ob das Seidenäffchen die Fixation für eine flüssige Belohnung kontrollieren kann. Zwei Seidenäffchen konnten einen zentralen Punkt fixieren und periphere Blinkreize ignorieren, wie es für die Kartierung des rezeptiven Feldes erforderlich ist. Beide Säbelzahntiger führten auch eine Orientierungsunterscheidungsaufgabe durch, wobei sie eine sättigende psychometrische Funktion mit zuverlässiger Leistung und kürzeren Reaktionszeiten für einfachere Unterscheidungen zeigten. Diese Daten deuten darauf hin, dass das Seidenäffchen ein brauchbares Modell für die Untersuchung des aktiven Sehens und der ihm zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen ist.

Devor, A., Bandettini, P.A., Boas, D.A., Bower, J.M., Buxton, R.B., Cohen, L.B., Dale, A.M., Einevoll, G.T., Fox, P.T., Franceschini, M.A., Friston, K.J., Fujimoto, J.G., Geyer, M.A., Greenberg, J.H., Halgren, E., Hämäläinen, M.S., Helmchen, F., Hyman, B.T., Jasanoff, A., Jernigan, T.L., Judd, L.L., Kim, S.G., Kleinfeld, D., Kopell, N.J., Kutas, M., Kwong, K.K., Larkum, M.E., Lo, E.H., Magistretti, P.J., Mandeville, J.B., Masliah, E., Mitra, P.P., Mobley, W.C., Moskowitz, M.A., Nimmerjahn, A., Reynolds, J.H., Rosen, B.R., Salzberg, B.M., Schaffer, C.B., Silva, G.A., So, P.T., Spitzer, N.C., Tootell, R.B., Van Essen, D.C., Vanduffel, W., Vinogradov, S.A., Wald, L.L., Wang, L.V., Weber, B., Yodh, A.G. Die Herausforderung, die Punkte im B.R.A.I.N. zu verbinden. (2013) Neuron. 80(2):270-4. DOI: 10.1016/j.neuron.2013.09.008

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Ruiz, O., Lustig, B.R., Nassi, J.J., Cetin, A., Reynolds, J.H., Albright, T.D., Callaway, E.M., Stoner, G.R., Roe, A.W. Optogenetik durch Fenster ins Gehirn beim 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 zelltypspezifisch und zeitlich präzise im Millisekundenbereich zu steuern. Ihre Anwendung in Modellorganismen wie Nagetieren, Drosophila und Caenorhabditis elegans ist inzwischen gut etabliert. Die Anwendung dieser Technologie bei nichtmenschlichen Primaten (NHPs) hat sich jedoch nur langsam entwickelt. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, Viren und Licht durch die dicke Hirnhaut von NHPs zu transportieren, die nur mit Geräten von großem Durchmesser durchdrungen werden kann, die das Gehirn beschädigen. Die Undurchsichtigkeit der Dura des NHP verhindert die Sichtbarkeit des darunter liegenden Kortex, was die räumliche Präzision von Virusinjektionen, elektrophysiologischen Aufzeichnungen und Photostimulationen einschränkt. 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 Glasmikropipetten durchdrungen werden und ermöglicht so die gezielte Injektion von Viren in das Hirngewebe bei minimaler Schädigung der Hirnrinde. Die Expression optogenetischer Wirkstoffe kann im Laufe der Zeit visuell verfolgt werden. Besonders wichtig ist, dass dieses optische Fenster eine gezielte, nicht-invasive Photostimulation und gleichzeitige Messungen der neuronalen Aktivität mittels intrinsischer Signalbildgebung und elektrophysiologischer Ableitungen ermöglicht. Wir präsentieren Ergebnisse sowohl von betäubten und paralysierten (optische Bildgebung) als auch von wachen NHPs (Elektrophysiologie). Die Verbesserungen gegenüber den derzeitigen Methoden, die durch die künstliche Dura möglich sind, sollten einen weit verbreiteten Einsatz optogenetischer Instrumente in der NHP-Forschung ermöglichen - ein wichtiger Schritt zur Entwicklung von Therapien für neuropsychiatrische und neurologische Erkrankungen beim Menschen.

Anderson, E.B., Mitchell, J.F., Reynolds, J.H. Aufmerksamkeitsabhängige Reduktionen von Burstiness und Aktionspotentialhöhe im makakischen Areal V4. (2013) Nature Neuroscience. 16(8):1125-31. DOI: 10.1038/nn.3463

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Sharpee, T.O., Kouh, M., Reynolds, J.H. Trade-off zwischen Krümmungsabstimmung und Positionsinvarianz im visuellen Areal V4. (2013) Verhandlungen 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 ihrer unterschiedlichen Erscheinung schnell erkennen. Die neuronalen Mechanismen, die den sensorischen Neuronen auf hoher Ebene sowohl eine Selektivität für komplexe Stimulusmerkmale als auch eine "Toleranz" oder Invarianz gegenüber identitätserhaltenden Transformationen, wie z. B. der räumlichen Translation, verleihen, sind nach wie vor kaum verstanden. Frühere Studien haben gezeigt, dass sowohl die Toleranz als auch die Selektivität gegenüber Merkmalskombinationen in aufeinanderfolgenden Phasen des ventralen Sehstroms, der die visuelle Erkennung vermittelt, erhöht sind. Innerhalb eines bestimmten Areals, wie z. B. dem visuellen Areal V4 oder dem inferotemporalen Kortex, wurde festgestellt, dass die Toleranz in umgekehrtem Verhältnis zur Spärlichkeit der neuronalen Antworten steht, die wiederum positiv mit der Selektivität von Konjunktionen korreliert ist. Die direkte Beziehung zwischen Toleranz und Konjunktionsselektivität ist jedoch schwer nachzuweisen, da in verschiedenen Studien entweder eine umgekehrte oder keine signifikante Beziehung festgestellt wurde. Um dies zu klären, haben wir die Reaktionen von V4 auf natürliche Szenen gemessen und mit Hilfe neu entwickelter statistischer Verfahren sowohl die relevanten Stimulusmerkmale als auch den Bereich der Translationsinvarianz für jedes Neuron geschätzt. Die Analyse konzentrierte sich auf die Abstimmung auf Krümmung, ein nachvollziehbares Beispiel für Konjunktionsselektivität, und wir fanden heraus, dass Neuronen, die auf stärker gekrümmte Konturen abgestimmt waren, kleinere Bereiche der Positionsinvarianz aufwiesen und spärlichere Reaktionen auf natürliche Reize produzierten. Diese Kompromisse bieten empirische Unterstützung für neuere Theorien darüber, wie das visuelle System 3D-Formen aus Schattierungs- und Texturflüssen schätzt, sowie für die Kachelhypothese des visuellen Raums für verschiedene Krümmungswerte.

Nandy, A.S., Sharpee, T.O., Reynolds, J.H., Mitchell, J.F. Die Feinstruktur der Formabstimmung im Areal V4. (2013) Neuron. 78(6):1102-15. DOI: 10.1016/j.neuron.2013.04.016

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Sundberg, K.A., Mitchell, J.F., Gawne, T.J., Reynolds, J.H. Aufmerksamkeit beeinflusst die Antwortlatenzen einzelner Neuronen und lokaler Feldpotenziale im visuellen Kortexareal V4. (2012) Journal of Neuroscience. 32(45):16040-50. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0489-12.2012

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Fallah, M., Reynolds, J.H. Kontrastabhängigkeit glatter Folgebewegungen der Augen nach einer Sakade zu überlagerten Zielen. (2012) PLOS One. 7(5):e37888. DOI: 10.1371/journal.pone.0037888

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Die Areale des dorsalen Stroms liefern Bewegungsinformationen, die vom okulomotorischen System zur Erzeugung von Verfolgungsaugenbewegungen verwendet werden. Die Neuronen in diesen Arealen sättigen bei niedrigem Luminanzkontrast. Wir stellten daher die Hypothese auf, dass die Augengeschwindigkeit während der frühen Phase der Verfolgung eine okulomotorische Verstärkungsfunktion aufweist, die bei niedrigem Luminanzkontrast sättigt. Um dies zu testen, zeichneten wir die Augenbewegungen von zwei Makaken auf, die darauf trainiert waren, zu einer Blende zu sakkadieren, in der sich ein Muster von Punkten nach links oder rechts bewegte. Kurz nach dem Ende der Sakkade folgten die Augen der Bewegungsrichtung mit einer okulomotorischen Verstärkung, die mit dem Kontrast zunahm, bevor sie in die Sättigung ging. Die Hinzufügung eines zweiten Punktmusters, das sich in die entgegengesetzte Richtung bewegte und das erste überlagerte, führte zu einer Verschiebung der kontrastabhängigen okulomotorischen Verstärkungsfunktion nach rechts. Das Ausmaß dieser Verschiebung nahm mit dem Kontrast des zweiten Punktmusters zu. Die Bewegung wurde aufgehoben, wenn die beiden Muster den gleichen Kontrast aufwiesen. Als nächstes variierten wir den Kontrast über die Zeit. Kontrastunterschiede, die vor Beginn der Sakkade verschwanden, beeinflussten die post-sakkadischen Augenbewegungen mit kurzer Latenzzeit. Kontraständerungen, die während oder nach Beendigung der Sakkade auftraten, beeinflussten die Augenbewegungen für etwa 150 ms nicht. Frühere Studien haben gezeigt, dass Augenbewegungen durch eine vektorielle Durchschnittsberechnung erklärt werden können, wenn beide Ziele den gleichen Kontrast haben. Wir vermuten, dass diese Mittelwertberechnung einen Spezialfall der divisiven Normalisierung widerspiegelt, der zu sättigenden Kontrastreaktionsfunktionen führt, die sich bei entgegengesetzter Bewegung nach rechts verschieben und die Bewegungen mitteln, wenn die Ziele im Kontrast gleich sind.

Anderson, E.B., Mitchell, J.F., Reynolds, J.H. Die aufmerksamkeitsbedingte Modulation der Feuerrate variiert je nach Burstigkeit zwischen mutmaßlichen Pyramidenneuronen im visuellen Areal V4 von Makaken. (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 die Erhöhung der Feuerungsrate, wenn die Aufmerksamkeit auf das rezeptive Feld eines Neurons gerichtet ist. Das Ausmaß der Ratenmodulation kann jedoch von Neuron zu Neuron erheblich variieren, insbesondere bei Neuronen mit breiten Spikes (mutmaßliche Pyramiden). Wir wollten herausfinden, ob diese Heterogenität mit einer neuronalen Antworteigenschaft korreliert, die in intrazellulären Aufzeichnungsstudien zur Unterscheidung verschiedener neuronaler Klassen verwendet wird: die Burstigkeit des neuronalen Spike-Trains. Wir charakterisierten zunächst das Burst-Spike-Verhalten der Neuronen des visuellen Areals V4 und stellten fest, dass dieses innerhalb der Population erheblich variiert, aber wir fanden keine Hinweise auf unterschiedliche Klassen von Burst-Verhalten. Die Burstigkeit variierte jedoch stärker in der Klasse von Neuronen, die die größte Heterogenität in der Aufmerksamkeitsmodulation aufweist, und innerhalb dieser Klasse trug die Burstigkeit zur Erklärung der Unterschiede in der Aufmerksamkeitsmodulation bei. Unter diesen Neuronen mit breitem Spiking war die Ratenmodulation in erster Linie auf Burst-Neuronen beschränkt, die als Gruppe einen hochsignifikanten Anstieg der Feuerungsrate bei Aufmerksamkeit zeigten. Darüber hinaus wies jedes bursty broad spiking neuron, dessen Feuerungsrate signifikant durch Aufmerksamkeit moduliert wurde, eine Erhöhung der Feuerungsrate auf. Im Gegensatz dazu wiesen nicht-bursty broad spiking Neuronen keine Netto-Modulation durch Aufmerksamkeit auf, und obwohl einige einzelne Neuronen eine signifikante Modulation der Rate zeigten, verteilten sich diese auf Neuronen, die Zunahmen und Abnahmen zeigten. Diese Ergebnisse zeigen, dass das Makakenareal V4 eine Reihe von Bursting-Verhalten zeigt und dass die Heterogenität der Aufmerksamkeitsmodulation zum Teil durch die Variation der Burstiness erklärt werden kann.

Ciaramitaro, V.M., Mitchell, J.F., Stoner, G.R., Reynolds, J.H., Boynton, G.M. Objektbasierte Aufmerksamkeit auf eine von zwei überlagerten Oberflächen verändert 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 sensorischer Informationen sind wir in der Lage, bei der Verarbeitung ausgewählter räumlicher Orte und visueller Merkmale Prioritäten zu setzen. Die neuronalen Mechanismen, die einer solchen räumlichen und merkmalsbasierten Auswahl zugrunde liegen, wurden bereits eingehend untersucht. Neuere Arbeiten zeigen, dass die Aufmerksamkeit auch Objekten zugeordnet werden kann, sogar räumlich überlagerten Objekten, die aus sich dynamisch verändernden Merkmalen bestehen, die integriert werden müssen, um eine kohärente Objektrepräsentation zu schaffen. Über die Mechanismen, die einer solchen objektbasierten Auswahl zugrunde liegen, ist weit weniger bekannt. Unser Ziel war es, das Verhalten und die neuronalen Reaktionen zu untersuchen, wenn die Aufmerksamkeit auf eines von zwei Objekten gelenkt wurde, insbesondere auf eine von zwei übereinanderliegenden transparenten Oberflächen, und zwar in einer Aufgabe, die eine räumliche und merkmalsbasierte Auswahl ausschließen sollte. Wir nutzten die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI), um Veränderungen in den vom Sauerstoffgehalt des Blutes abhängigen Signalen (BOLD) zu messen, wenn die Aufmerksamkeit auf die eine oder die andere Oberfläche gelenkt wurde. Wir fanden heraus, dass die visuellen Areale V1, V2, V3, V3A und MT+ verstärkte BOLD-Antworten auf Translationen einer beachteten im Vergleich zu einer unbeachteten Oberfläche zeigten. Diese Ergebnisse zeigen, dass visuelle Areale bereits ab V1 durch die Beobachtung von Objekten moduliert werden können, sogar von Objekten, die durch sich dynamisch verändernde Elemente definiert sind. Dies ist ein definitiver Beweis dafür, dass frühe visuelle Areale beim Menschen an einem scheinbar hochrangigen Prozess beteiligt sind. Darüber hinaus deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass diese frühen visuellen Areale an der objektspezifischen "Bindung" von Merkmalen beteiligt sein könnten, einem Prozess, der anscheinend stattfinden muss, damit ein Objekt oder eine Oberfläche die Einheit der Aufmerksamkeitsauswahl ist.

Mitchell, J.F., Sundberg, K.A., Reynolds, J.H. Räumliche Aufmerksamkeit entkoppelt intrinsische Aktivitätsschwankungen im Bereich V4 von Makaken. (2009) Neuron. 63(6):879-88. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.09.013

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Berdyyeva, T.K., Reynolds, J.H. Der Anbruch der Primaten-Optogenetik. (2009) Neuron. 62(2):159-60. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.04.011

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Sundberg, K.A., Mitchell, J.F., Reynolds, J.H. Räumliche Aufmerksamkeit moduliert Center-Surround-Interaktionen im visuellen Areal V4 von Makaken. (2009) Neuron. 61(6):952-63. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.02.023

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Reynolds, J.H., Heeger, D.J. 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 selektiver Aufmerksamkeit. (2008) Neuron. 60(4):528-30. DOI: 10.1016/j.neuron.2008.11.006

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Reynolds, J.H. Kartierung der Mikroschaltkreise der Aufmerksamkeit. (2008) Nature Neuroscience. 11(8):861-2. DOI: 10.1038/nn0808-861

Khoe, W., Mitchell, J.F., Reynolds, J.H., Hillyard, S.A. ERP-Beweise dafür, dass auf der Oberfläche basierende Aufmerksamkeit den interokularen Wettbewerb während Rivalität beeinflusst. (2008) Journal of Vision. 8(3):18.1-11. DOI: 10.1167/8.3.18

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Mitchell, J.F., Sundberg, K.A., Reynolds, J.H. Differentielle aufmerksamkeitabhängige Antwortmodulation über Zellklassen hinweg im visuellen Areal V4 des Makaken. (2007) Neuron. 55(1):131-41. DOI: 10.1016/j.neuron.2007.06.018

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Fallah, M., Stoner, G.R., Reynolds, J.H. Stimulusspezifische kompetitive Selektion in der extrastriären visuellen Areale V4 von Makaken. (2007) Verhandlungen 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, J.H. 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, K.A., Fallah, M., Reynolds, J.H. Bewegungsabhängige Verzerrung der Retinotopie im Areal V4. (2006) Neuron. 49(3):447-57. DOI: 10.1016/j.neuron.2005.12.023

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Khoe, W., Mitchell, J.F., Reynolds, J.H., Hillyard, S.A. Exogene selektive Aufmerksamkeit für transparente, überlagerte Oberflächen moduliert frühe ereigniskorrelierte 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, M. A., Rodriguez, V., & Pinilla, T. (1998). Switching attention without shifting the spotlight object-based attentional modulation of brain potentials, Journal of Cognitive Neuroscience, 10, 137-151; Valdes-Sosa, M., Cobo, A., & Pinilla, T. (2000). Attention to object files defined by transparent motion, Journal of Experimental Psychological: Human Perception and Performance, 26, 488-505] fanden heraus, dass, wenn die Aufmerksamkeit endogen auf eine Oberfläche gelenkt wird, die Beobachter die Richtung einer kurzen Verschiebung der markierten Oberfläche zuverlässiger angeben können als die der nicht markierten Oberfläche. Unter Verwendung eines ähnlichen Designs [Reynolds, J. H., Alborzian, S., & Stoner, G. R. (2003). Exogenous cued attention triggers competitive selection of surfaces, Vision Research, 43, 59-66] wurde festgestellt, dass selbst in Abwesenheit eines endogenen Hinweises die erste Translation als starker exogener Hinweis wirkte, der die Fähigkeit des Beobachters zur Unterscheidung einer nachfolgenden Translation der anderen Oberfläche beeinträchtigte. Wir untersuchten die neuronale Grundlage dieses exogenen Hinweises, indem wir visuelle ereigniskorrelierte Potentiale (ERPs) aufzeichneten, die durch die Übersetzung der mit einem Hinweis versehenen und der nicht mit einem Hinweis versehenen Oberfläche ausgelöst wurden. Die Probanden hatten die Aufgabe zu beurteilen, ob die erste und die zweite Translation in der Richtung identisch waren oder nicht, und ihre Leistung war beeinträchtigt, wenn die zweite Translation auf der uncued Oberfläche im Vergleich zur cued Oberfläche stattfand. Die posterioren C1- (75-110 ms) und N1-Komponenten (160-210 ms) des ERP, die durch die zweite Translation der Cue-Oberfläche ausgelöst wurden, waren größer als die, die durch die Translation der uncued-Oberfläche ausgelöst wurden. Diese Verhaltens- und ERP-Effekte traten auch dann auf, wenn die beiden Oberflächen farblich identisch waren, und konnten daher nicht auf aufmerksamkeitsbedingte Modulationen der Verstärkung der Farbkanäle zurückgeführt werden. Diese Ergebnisse belegen, dass exogenes Cueing sowohl in frühen als auch in mittleren Stadien der visuell-kortikalen Verarbeitung zu einer bevorzugten Auswahl der gesuchten Fläche führt.

Stoner, G.R., Mitchell, J.F., Fallah, M., Reynolds, J.H. Interagierende kompetitive Selektion 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, J.H., Fallah, F. (2004) Funktionelle Neurobildgebung visueller Kognition Aufmerksamkeit und Leistung XX.:363-380

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

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Mitchell, J.F., Stoner, G.R., Reynolds, J.H. Objektbasierte Aufmerksamkeit bestimmt die Dominanz bei binokularer Rivalität. (2004) Natur. 429(6990):410-3. DOI: 10.1038/nature02584

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Mitchell, J.F., Stoner, G.R., Fallah, M., Reynolds, J.H. Die Aufmerksamkeitsselektion überlagerter Oberflächen kann nicht durch Modulation des Gewinns von Farbkanälen erklärt werden. (2003) Sehforschung. 43(12):1323-8.

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Reynolds, J.H., Gottlieb, J.P., Kastner (2003) Grundlagen der Neurowissenschaften, 2. Auflage.:1249-1272

Reynolds, J.H., Desimone, R. Interagierende Rollen von Aufmerksamkeit und visueller Auffälligkeit in V4. (2003) Neuron. 37(5):853-63.

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Reynolds, J.H., Alborzian, S., Stoner, G.R. Exogen aufmerksamkeitsgeleitete Aufmerksamkeit löst eine konkurrierende Auswahl von Oberflächen aus. (2003) Sehforschung. 43(1):59-66.

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Fallah, M., Reynolds, J.H. Achtung! V1-Neuronen stellen sich zur Inspektion auf. (2001) Neuron. 31(5):674-5.

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Pommes Frites, Reynolds, J.H., Rorie, A.E., Desimone, R. Modulation neuronaler synchroner Schwingungen durch selektive visuelle Aufmerksamkeit. (2001) Wissenschaft. 291(5508):1560-3. DOI: 10.1126/science.291.5508.1560

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

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

Reynolds, J.H., Chelazzi, L., Desimone, R. Kompetitive Mechanismen dienen der Aufmerksamkeit in den Makakenarealen V2 und V4. (1999) Journal of Neuroscience. 19(5):1736-53.

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Es ist bekannt, dass die Aufmerksamkeit die visuelle Verarbeitung im extrastriaten Kortex moduliert. Die zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen sind jedoch unbekannt. Eine übereinstimmende Beobachtung ist, dass sich die Aufmerksamkeit am stärksten auf die neuronalen Reaktionen auswirkt, wenn mehrere Reize gleichzeitig im rezeptiven Feld einer Zelle erscheinen. Eine Möglichkeit, dies zu erklären, ist die Annahme, dass mehrere Reize konkurrierende Neuronenpopulationen aktivieren und dass die Aufmerksamkeit diesen Wettbewerb zugunsten des beobachteten Reizes verzerrt. In Abwesenheit konkurrierender Reize gibt es keinen Wettbewerb, der gelöst werden muss. Dementsprechend hat die Aufmerksamkeit eine geringere Auswirkung auf die neuronale Reaktion auf einen einzigen Stimulus. Um diese Interpretation zu überprüfen, haben wir die Reaktionen von Neuronen in den Makakenarealen V2 und V4 mit einem Verhaltensparadigma gemessen, das es uns ermöglichte, automatische sensorische Verarbeitungsmechanismen von Aufmerksamkeitseffekten zu isolieren. Zunächst maßen wir die Reaktion jeder Zelle auf einen einzelnen Reiz, der allein innerhalb des rezeptiven Feldes dargeboten wurde oder mit einem zweiten rezeptiven Feldreiz gepaart war, während der Affe auf eine Stelle außerhalb des rezeptiven Feldes achtete. Das Hinzufügen des zweiten Reizes führte in der Regel dazu, dass sich die Reaktion des Neurons in Richtung der Reaktion bewegte, die durch den zweiten Reiz allein ausgelöst wurde. Dann lenkten wir die Aufmerksamkeit des Affen auf ein Element des Paares. Dies führte dazu, dass sich die Reaktion des Neurons in Richtung der Reaktion bewegte, die ausgelöst wurde, wenn der aufmerksame Stimulus allein erschien. Diese Ergebnisse stimmen mit der Vorstellung überein, dass die Aufmerksamkeit die konkurrierenden Interaktionen zwischen den Neuronen verzerrt und sie veranlasst, primär auf den beobachteten Reiz zu reagieren. Um diese Ergebnisse zu erklären, wird ein quantitatives neuronales Modell der Aufmerksamkeit vorgeschlagen.

Carpenter, G.A., Grossberg, S., Reynolds, J.H. Ein Fuzzy ARTMAP nichtparametrischer Wahrscheinlichkeitsestimator für nichtstationäre Mustererkennungsprobleme. (1995) IEEE Trans Neural Netw. 6(6):1330-6. DOI: 10.1109/72.471374

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Carpenter, G.A., Grossberg, S., Markuzon, N., Reynolds, J.H., Rosen, D.B. Fuzzy ARTMAP: Eine neuronale Netzwerkarchitektur für inkrementelles, überwachtes Lernen von analogen multidimensionalen 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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