Публикации - Институт биологических исследований Солка

все публикации

Франкен, ТП, Рейнольдс, Дж. Х. Группировка сигналов в зрительной коре приматов. (2025) Neuron. DOI: 10.1016 / j.neuron.2025.05.003

+ развернуть аннотацию

Наше понимание сцен как организованных совокупностей объектов удивительно стабильно, несмотря на движения глаз. Это может быть отчасти связано с нейронами в области V2, которые передают сигнал о том, какая сторона границы находится на переднем плане (владение границей [BOS]) в течение сотен миллисекунд после удаления определяющей информации, и этот сигнал передается вместе с движениями глаз. Модель группировки объясняет это гипотетическим коротколатентным группирующим сигналом, передающимся по нисходящей цепочке. Это может быть устойчивым паттерном предпочтительного владения по направлению к центру рецептивного поля, который также возникает de novo после движений глаз. Наши записи идентифицируют такой группирующий сигнал в области V4 макаки, который возникает достаточно быстро, чтобы лежать в основе BOS в V2. Эти нейроны V4 не так сильно настроены на контрастную полярность, как нейроны BOS. Это предполагает разделение труда, при котором группирующие сигналы обеспечивают пространственно-временную непрерывность сегментированных поверхностей, тогда как нейроны BOS связывают ее с информацией о признаках.

Главис-Блум, К., Вандерлип, Ч.Р., Аш, П.А., Новак, С.П.В., Кувадзима, М., Кирк, Л.М., Харрис, К.М., Мэнор, У., Рейнольдс, Дж. Х. Фундаментальная наука и патогенез. (2024) Болезнь Альцгеймера Демент. 20 Приложение 1:e085459. DOI: 10.1002/alz.085459

+ развернуть аннотацию

Мортон, депутат, Денагамедж, С., Блюм, И.Дж., Рейнольдс, Дж. Х., Джади, член парламента, Нанди, AS Состояние мозга и специфические механизмы коркового слоя, лежащие в основе восприятия на пороге. (2024) Элиф. 12. DOI: 10.7554/eLife.91722

+ развернуть аннотацию

Идентичные стимулы могут быть восприняты или остаться незамеченными в последовательных представлениях, производя расходящиеся поведенческие результаты, несмотря на сходство сенсорного ввода. Мы стремились понять, как колебания в поведенческом состоянии и нейронной активности, специфичной для класса клеток, лежат в основе этой перцептивной изменчивости. Мы проанализировали физиологические измерения состояния и ламинарной электрофизиологической активности в зрительной области V4, в то время как обезьяны получали вознаграждение за правильное сообщение об изменении стимула на пороге восприятия. Испытания на попадание характеризовались поведенческим состоянием с повышенным возбуждением, большей стабильностью положения глаз и улучшенной производительностью декодирования идентичности стимула из нейронной активности. Целевые стимулы вызывали более сильные реакции в V4 в испытаниях на попадание, а возбуждающие нейроны в поверхностных слоях, первичном прямом выходе кортикальной колонки, демонстрировали меньшую изменчивость. Прямые межламинарные корреляции популяции были сильнее при попадании. Hit trials далее характеризовались большей синхронностью между выходными слоями коры во время спонтанной активности, в то время как период, вызванный стимулом, показал повышенную синхронность в пути прямой связи. В совокупности эти результаты показывают, что состояние повышенного возбуждения и стабильные ретинальные изображения позволяют улучшить обработку сенсорных стимулов, что способствует попаданиям на пороге восприятия.

Дэвис, З.В., Буш, А., Стюард, К., Мюллер, Л., Рейнольдс, Дж. Горизонтальные корковые связи формируют внутренние бегущие волны в мотивы, селективные по функциям, которые регулируют перцептивную чувствительность. (2024) Сотовые отчеты 43(9):114707. DOI: 10.1016/j.celrep.2024.114707

+ развернуть аннотацию

Внутренняя корковая активность формирует бегущие волны, которые модулируют сенсорно-вызванные ответы и перцептивную чувствительность. Эти внутренние бегущие волны (iTW) могут возникать из-за координации синаптической активности посредством зависящих от признаков горизонтальных связей на большом расстоянии в корковых областях. В модели сети спайков, которая включает селективные по признакам неоднородные связи, мы наблюдаем мотивы iTW, которые возникают в результате сдвигов возбуждающего/тормозного баланса, когда потенциалы действия пересекают эти неоднородные связи. Чтобы проверить, возникают ли селективные по признакам мотивы in vivo, мы изучили данные, записанные в средней височной зрительной области (область MT) мартышек, выполняющих задачу визуального обнаружения. Мы обнаружили, что некоторые iTW формируют мотивы, которые селективны по признакам, демонстрируя селективные по направлению модуляции в импульсной активности. Кроме того, мотивы модулируют усиление вызванных целью ответов и перцептивной чувствительности, если цель соответствует предпочтению мотива. Полученные результаты свидетельствуют о том, что iTW формируются неоднородными горизонтальными проекциями волокон в коре головного мозга и могут регулировать нейронную и перцептивную чувствительность избирательно по отношению к определенным признакам.

Дотсон, Н.М., Дэвис, З.В., Джендрица, П., Рейнольдс, Дж. Х. Записи острых нейропикселей у мартышки. (2024) эНейро. DOI: 10.1523/ЕНЕВРО.0544-23.2024

+ развернуть аннотацию

Линейные зонды высокой плотности, такие как Neuropixels, предоставляют беспрецедентную возможность понять, как нейронные популяции в определенных ламинарных отсеках способствуют поведению. Мартышки, в отличие от макак, имеют лиссэнцефалическую (гладкую) кору головного мозга, которая позволяет осуществлять запись перпендикулярно поверхности коры, что делает их идеальной моделью животных для изучения ламинарных вычислений. Здесь мы представляем метод острой записи нейропикселей у обыкновенной игрунки (). Этот подход заменяет нативную твердую мозговую оболочку искусственной твердой мозговой оболочкой на основе кремния, которая обеспечивает визуальный доступ к поверхности коры, что помогает избежать кровеносных сосудов, обеспечивает перпендикулярное проникновение и может использоваться в сочетании с оптической визуализацией или оптогенетическими методами. Камеру, в которой находится искусственная твердая мозговая оболочка, легко обслуживать, риск заражения минимален, и ее можно комбинировать с полухроническими микроприводами и оборудованием беспроводной записи. Этот метод позволяет повторять острые проникновения в течение нескольких месяцев. При периодическом удалении тканевых разрастаний на поверхности пиальной оболочки запись может проводиться в течение года и более. Этот подход полностью совместим с зондами Neuropixels, позволяющими регистрировать сотни одиночных нейронов, распределенных по всему кортикальному столбу. Кора головного мозга макак сильно складчата, что представляет собой серьезную проблему для изучения ламинарных вычислений во многих областях коры. У мартышек, однако, гладкий мозг, который позволяет осуществлять одновременную запись со всех слоев коры в областях, которые у макак расположены глубоко в бороздках. В этой рукописи мы описываем искусственную систему твердой мозговой оболочки, в которой используются самые современные зонды высокой плотности — нейропиксели. Эта система позволяет нам легко вставлять несколько нейропикселей в кору мартышки перпендикулярно кортикальной поверхности, позволяя повторять ламинарные записи в течение года и более.

Франкен, ТП, Рейнольдс, Дж. Х. Группировка клеток зрительной коры приматов. (2024) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.01.16.575953

+ развернуть аннотацию

Наше восприятие того, как объекты расположены в визуальных сценах, удивительно стабильно, несмотря на быстрые изменения в узорах света, падающего на сетчатку при каждой саккаде. Одним из механизмов, который может помочь обеспечить стабильность восприятия, является присвоение права собственности на границы. Исследования в области V2 макак выявили нейроны владения границами, которые сигнализируют, какая сторона границы принадлежит поверхности переднего плана. Этот сигнал сохраняется в течение сотен миллисекунд после того, как владение границей стало неоднозначным за счет удаления признаков стимула, которые отличают передний план от фона. Примечательно, что этот сигнал сохраняется при движениях глаз: нейроны владения границей также демонстрируют сигналы владения границей, когда движение глаз помещает новую неоднозначную границу в их рецептивное поле. Гипотеза группирующих клеток предполагает существование гипотетических группирующих клеток в нижних областях мозга. Эти клетки будут вычислять постоянные представления протообъектов и, следовательно, обладать свойствами, позволяющими наделять клетки в вышестоящих областях мозга избирательностью владения границами. Было предсказано, что такие группирующие клетки демонстрируют центростремительный и устойчивый паттерн предпочтительной стороны владения для границы, расположенной параллельно периметру их классического рецептивного поля, и такой центростремительный паттерн предпочтения владения также должен возникать в этих же клетках, если граница неоднозначна. приземляется в своем рецептивном поле после саккады. Неизвестно, существуют ли группирующие ячейки. Здесь мы использовали ламинарные мультиэлектроды в области V4 — основном источнике обратной связи с V2 — поведения макак, чтобы определить, существуют ли такие группирующие клетки. В соответствии с предсказаниями модели мы обнаруживаем значительную популяцию нейронов с этими свойствами во всех ламинарных компартментах, и они демонстрируют задержку ответа, которая достаточно коротка, чтобы выступать в качестве источника, который наделяет нейроны в V2 избирательностью владения границами. Хотя групповая активность клеток предоставляет информацию о расположении поверхностей переднего плана, эти нейроны, как ни странно, не так сильно настроены на полярность яркостного контраста, особенность этих поверхностей, как клетки, владеющие границами. Наши данные предполагают разделение труда, при котором эти недавно обнаруженные группирующие клетки обеспечивают пространственно-временную непрерывность сегментированных поверхностей, тогда как пограничные клетки связывают эту информацию о местоположении с особенностями поверхности, такими как яркостной контраст.

Санзени, А., Пальмиджано, А., Нгуен, Т.Х., Луо, Дж., Насси, Дж.Дж., Рейнольдс, Дж. Х., Хистед, М.Х., Миллер, К.Д., Брюнель, Н. Механизмы, лежащие в основе перетасовки зрительных реакций при оптогенетической стимуляции у мышей и обезьян. (2023) Neuron. DOI: 10.1016 / j.neuron.2023.09.018

+ развернуть аннотацию

Способность оптогенетически воздействовать на нейронные цепи открывает беспрецедентное окно в механизмы, управляющие работой нейронных цепей. Мы проанализировали и теоретически смоделировали реакции нейронов на зрительные и оптогенетические сигналы у мышей и обезьян V1. У обоих видов оптогенетическая стимуляция возбуждающих нейронов сильно модулировала активность отдельных нейронов, но оказывала слабое влияние или вообще не влияла на распределение частоты импульсов в популяции. Таким образом, оптогенетические входы изменили частоту стрельбы по всей сети. Ключевые статистические данные по реакциям мышей и обезьян лежат в континууме: мыши/обезьяны занимают области с низкой/высокой скоростью соответственно. Мы показываем, что перетасовка нейронов обычно возникает в случайно связанных возбуждающих/тормозящих сетях при условии, что сила связи (комбинация рекуррентной связи и внешнего воздействия) достаточна, чтобы мощная тормозящая обратная связь отменяла средний оптогенетический вход. Более реалистичная модель, различающая настроенный зрительный и ненастроенный оптогенетический вход в структурированной сети, уменьшает силу связи, необходимую для объяснения перестановок.

Дотсон, Н.М., Дэвис, З.В., Солсбери, Дж.М., Палмер, С.Э., Кавана, П., Рейнольдс, Дж. Х. Иллюзия двойного дрейфа смещает глазодвигательную систему мартышки. (2023) Журнал Видения. 23(10):4. DOI: 10.1167/jov.23.10.4

+ развернуть аннотацию

Иллюзия двойного дрейфа имеет две уникальные характеристики: ошибка между воспринимаемым и физическим положением стимула со временем увеличивается и скатывается к движущейся целевой земле, намного ближе к физическому, чем воспринимаемое местоположение. Эти результаты позволяют предположить, что системы нацеливания на восприятие и саккады интегрируют визуальную информацию в разных временных масштабах. Исследования функциональной визуализации на людях выявили несколько потенциально представляющих интерес областей коры, включая префронтальную кору. Однако в настоящее время у нас нет модели на животных для изучения нейронных механизмов восприятия местоположения, лежащих в основе иллюзии двойного дрейфа. Чтобы восполнить этот пробел, мы обучили двух мартышек фиксироваться, а затем саккадировать в ответ на двойной стимул. Как и люди-наблюдатели радиальных траекторий с двойным дрейфом и быстрым внутренним движением, мы обнаруживаем, что конечные точки саккад демонстрируют значительную погрешность, которая, тем не менее, меньше, чем погрешность, наблюдаемая в отчетах о восприятии человека. Это смещение модулируется изменениями внешней и внутренней скорости стимула. Эти результаты показывают, что на систему нацеливания саккад мартышек влияет иллюзия двойного дрейфа.

Вандерлип, Ч.Р., Аш, Пенсильвания, Рейнольдс, Дж. Х., Главис-Блум, К. Домен-специфические когнитивные нарушения отражают префронтальную дисфункцию у старых обыкновенных мартышек. (2023) эНейро. DOI: 10.1523/ЕНЕВРО.0187-23.2023

+ развернуть аннотацию

Возрастные когнитивные нарушения неодинаково выражены в разных когнитивных областях. Когнитивные функции, которые зависят от областей мозга, которые претерпевают существенные нейроанатомические изменения с возрастом, часто демонстрируют возрастные нарушения, в то время как те, которые зависят от областей мозга с минимальными возрастными изменениями, обычно этого не делают. Обыкновенная мартышка приобрела популярность как модель для исследований в области неврологии, но надежного когнитивного фенотипирования, особенно в зависимости от возраста и во многих когнитивных областях, не хватает. Это представляет собой серьезное ограничение для разработки и оценки мартышек как модели когнитивного старения и оставляет открытым вопрос о том, проявляются ли у них возрастные когнитивные нарушения, которые ограничены некоторыми когнитивными областями, как у людей. В этом исследовании мы охарактеризовали обучение ассоциации стимул-вознаграждение и когнитивную гибкость у молодых взрослых и пожилых мартышек, используя задачи простого различения и последовательного обращения соответственно. Мы обнаружили, что старые мартышки демонстрируют временные нарушения «обучения для обучения», но сохраняют способность формировать ассоциации «стимул-вознаграждение». Кроме того, у старых мартышек нарушена когнитивная гибкость, вызванная восприимчивостью к проактивному вмешательству. Поскольку эти нарушения находятся в областях, критически зависящих от префронтальной коры, наши результаты подтверждают дисфункцию префронтальной коры как характерную черту нейрокогнитивного старения. Эта работа позиционирует мартышек как ключевую модель для понимания нейронных основ когнитивного старения. Старение является самым большим фактором риска развития нейродегенеративных заболеваний, и понимание того, почему это имеет решающее значение для разработки эффективных терапевтических средств. Обыкновенная мартышка, недолговечный примат, не являющийся человеком, с нейроанатомическим сходством с человеком, привлекла внимание нейробиологов. Однако отсутствие надежного когнитивного фенотипирования, особенно в зависимости от возраста и нескольких когнитивных доменов, ограничивает их достоверность в качестве модели возрастных когнитивных нарушений. Мы демонстрируем, что стареющие мартышки, как и люди, имеют нарушения, характерные для когнитивных областей, зависящих от областей мозга, которые с возрастом претерпевают существенные молекулярные и нейроанатомические изменения. Эта работа подтверждает, что мартышка является ключевой моделью для понимания региональной уязвимости к процессу старения.

Бениньо Б., Будзински К., Дэвис З.В., Рейнольдс, Дж. Х., Мюллер, Л. Волны, путешествующие по карте визуального пространства, могут активировать краткосрочные прогнозы сенсорного ввода. (2023) Природа связи. 14(1):3409. DOI: 10.1038/s41467-023-39076-2

+ развернуть аннотацию

Недавние исследования показали, что у бодрствующих животных волны нейронной активности распространяются по всем зрительным областям коры. Эти бегущие волны модулируют возбудимость локальных сетей и перцептивную чувствительность. Однако общая вычислительная роль этих пространственно-временных паттернов в зрительной системе остается неясной. Здесь мы предполагаем, что бегущие волны наделяют зрительную систему способностью предсказывать сложные и натуралистичные входные данные. Мы представляем сетевую модель, соединения которой можно быстро и эффективно обучить для прогнозирования отдельных естественных фильмов. После обучения несколько входных кадров из фильма запускают сложные волновые паттерны, которые обеспечивают точные прогнозы на много кадров в будущем исключительно на основе сетевых подключений. Когда рекуррентные соединения, приводящие волны в движение, случайным образом перетасовываются, исчезают как бегущие волны, так и способность предсказывать. Эти результаты показывают, что бегущие волны могут играть важную вычислительную роль в зрительной системе, внедряя непрерывные пространственно-временные структуры в пространственные карты.

Денагамаж, С., Мортон, М.П., Хадсон, Н.В., Рейнольдс, Дж. Х., Джади, член парламента, Нанди, AS Ламинарные механизмы подавления саккад в зрительной коре приматов. (2023) Сотовые отчеты 42(7):112720. DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112720

+ развернуть аннотацию

Известно, что саккадические движения глаз вызывают подавление саккад, временное снижение зрительной чувствительности и скорости возбуждения зрительной коры. В то время как подавление саккад хорошо охарактеризовано на уровне восприятия и отдельных нейронов, относительно мало известно о зрительных корковых сетях, управляющих этим феноменом. Здесь мы исследуем влияние подавления саккад на отдельные нейронные субпопуляции в пределах зрительной области V4. Мы находим субпопуляционные различия в величине и времени пери-саккадической модуляции. Нейроны входного слоя демонстрируют изменения в частоте срабатывания и межнейронных корреляциях до начала саккады, а предполагаемые тормозные интернейроны во входном слое повышают скорость срабатывания во время саккады. Вычислительная модель этой цепи резюмирует наши эмпирические наблюдения и демонстрирует, что путь, нацеленный на входной слой, может инициировать подавление саккад за счет усиления локальной ингибирующей активности. В совокупности наши результаты обеспечивают механистическое понимание того, как передача сигналов о движении глаз взаимодействует с корковыми схемами для обеспечения зрительной стабильности.

Главис-Блум К., Вандерлип К., Вайзер Новак С., Куваджима М., Кирк Л., Харрис К.М., Манор У., Рейнольдс, Дж. Х. Нарушение принципа ультраструктурного размера в дорсолатеральной префронтальной коре лежит в основе нарушения рабочей памяти у стареющей обыкновенной игрунки (Callithrix jacchus) (2023) Границы в старении неврологии. 15. DOI: doi.org/10.3389/fnagi.2023.1146245.

+ развернуть аннотацию

Морфология и функция дорсолатеральной префронтальной коры (длПФК) и соответствующая производительность рабочей памяти изменяются в начале процесса старения, но почти половина пожилых людей избавлены от дефицита рабочей памяти. Трансляционно релевантные модельные системы имеют решающее значение для определения нейробиологических факторов этой изменчивости. Обыкновенная мартышка (Callithrix jacchus) выгодна в качестве модели для этих исследований, потому что, будучи приматом, не являющимся человеком, мартышка имеет четко определенную dlPFC, которая позволяет измерять префронтально-зависимые когнитивные функции, а их короткая (~10 лет) продолжительность жизни облегчает лонгитюдные исследования старения. Ранее мы охарактеризовали объем рабочей памяти в когорте мартышек, которые в совокупности охватили всю продолжительность жизни, и обнаружили возрастные нарушения рабочей памяти. Мы также обнаружили замечательную степень неоднородности в производительности, аналогичную той, что наблюдается у людей. Здесь мы проверили гипотезу о том, что изменения ультраструктуры синапсов, которые влияют на синаптическую эффективность, разделяют игрунок, которые стареют с когнитивными нарушениями, от тех, которые стареют без когнитивных нарушений. Мы использовали электронную микроскопию для визуализации синапсов в dlPFC мартышки и измерили размеры бутонов, пресинаптических митохондрий и синапсов. Мы обнаружили, что скоординированное масштабирование размеров синапсов и митохондрий со связанными с ними бутонами имеет важное значение для неповрежденной производительности рабочей памяти у старых мартышек. Кроме того, отсутствие синаптического масштабирования из-за заметной неспособности синаптических митохондрий масштабироваться с пресинаптическими бутонами избирательно лежит в основе возрастных нарушений рабочей памяти. Мы утверждаем, что это разъединение приводит к несоответствию спроса и предложения энергии, что приводит к нарушению синаптической передачи. Мы также обнаружили, что у старых мартышек меньше синапсов в dlPFC, чем у молодых, хотя тяжесть потери синапсов не позволяет предсказать, происходит ли старение с когнитивными нарушениями или без них. Эта работа идентифицирует новый механизм дисфункции синапсов, который разделяет игрунок, которые стареют с когнитивными нарушениями, от тех, которые стареют без когнитивных нарушений. Процесс, с помощью которого регулируется синаптическое масштабирование, еще неизвестен и требует будущих исследований.

Дэвис З.В., Дотсон Н.М., Франкен Т.П., Мюллер Л., Рейнольдс, Дж. Х. Паттерны сцепления фазы спайка выявляют ламинарную идентичность в коре приматов. (2023) Элиф. 12. DOI: 10.7554/eLife.84512

+ развернуть аннотацию

Корковый столб — одна из основных вычислительных цепей мозга. Чтобы понять роль нейронов в разных слоях этой цепи в функции коры, необходимо определить границы, разделяющие ламинарные компартменты. Хотя гистологические подходы могут выявить основную истину, они не являются практическим средством идентификации слоев коры. Золотым стандартом для выявления ламинарных компартментов в электрофизиологических записях является анализ плотности источника тока (CSD). Однако ламинарный анализ CSD требует усреднения надежно вызванных ответов, нацеленных на входной слой в коре, что может быть трудно генерировать в менее изученных областях коры. Кроме того, анализ может быть подвержен шуму на отдельных каналах, что приводит к ошибкам в определении ламинарных границ. Здесь мы проанализировали записи линейного массива в нескольких областях коры как у обыкновенной игрунки, так и у макаки-резуса. Мы описываем паттерн фазовых отношений ламинарного поля спайков, который надежно идентифицирует переход между входным и глубоким слоями в корковых записях из нескольких областей коры у двух разных видов приматов, кроме человека. Эта мера хорошо соответствует оценке местоположения входного слоя с помощью CSD, но не требует усреднения или специфической вызванной активности. Ламинарную идентичность можно быстро оценить, имея текущие данные всего за минуту, и она не зависит от многих экспериментальных параметров. Этот метод может служить для проверки измерений CSD, которые в противном случае могли бы быть ненадежными, или для оценки ламинарных границ, когда другие методы нецелесообразны.

Главис-Блум, К., Вандерлип, Ч.Р., Рейнольдс, Дж. Х. Возрастное нарушение обучения и рабочей памяти у обыкновенной игрунки. (2022) Журнал неврологии. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0985-22.2022.

+ развернуть аннотацию

Старение является самым большим фактором риска развития нейродегенеративных заболеваний, однако мы до сих пор не понимаем, как процесс старения приводит к патологической уязвимости. Исследовательское сообщество в значительной степени полагалось на мышиные модели, но значительные анатомические, физиологические и когнитивные различия между мышами и людьми ограничивают их трансляционную значимость. В конечном счете, эти барьеры требуют разработки новых моделей старения. Как нечеловеческий примат, обыкновенная мартышка () имеет много общих черт с людьми, но при этом имеет значительно более короткую продолжительность жизни (10 лет), чем другие приматы, что делает ее идеально подходящей для лонгитюдных исследований старения. Нашей целью было оценить мартышек как модель возрастных когнитивных нарушений. Для этого мы использовали Задание на отсроченное распознавание (DRST), чтобы охарактеризовать возрастные изменения в объеме рабочей памяти в когорте из шестнадцати мартышек обоего пола, возраст которых варьируется от молодого до пожилого. Эти обезьяны выполнили тысячи испытаний за период времени, составляющий до 50 процентов их взрослой жизни. Насколько нам известно, это представляет собой наиболее тщательное когнитивное профилирование среди всех исследований старения мартышек, проводившихся на сегодняшний день. Анализируя индивидуальные кривые обучения, мы обнаружили, что у старых животных наблюдается задержка начала обучения, замедление скорости обучения после начала и снижение асимптотической производительности рабочей памяти. Эти результаты не объясняются возрастными нарушениями моторной скорости и мотивации. Эта работа твердо устанавливает мартышек как модель возрастных когнитивных нарушений. Понимание нормального процесса старения имеет основополагающее значение для определения терапии нейродегенеративных заболеваний, для которых старение является самым большим фактором риска. Исторически сложилось так, что в области изучения старения использовались животные модели, которые заметно отличались от человеческих, что ограничивало возможности перевода. Здесь мы твердо устанавливаем недолговечного нечеловеческого примата, обыкновенную мартышку, в качестве ключевой модели возрастных когнитивных нарушений. Мы продемонстрировали посредством непрерывного тестирования в течение значительной части продолжительности жизни взрослых мартышек, что старение связано как с нарушением способности к обучению, так и с объемом рабочей памяти, не учитываемым возрастными изменениями скорости движения и мотивации. Характеристика индивидуальных траекторий когнитивного старения выявляет присущую им неоднородность, которая может привести к более раннему выявлению начала нарушений и увеличению сроков, в течение которых терапевтические средства эффективны.

Дэвис З.В., Мюллер Л., Рейнольдс, Дж. Х. Спонтанные всплески управляются широкополосными флуктуациями. (2022) Журнал неврологии. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1899-21.2022.

+ развернуть аннотацию

Популяции корковых нейронов генерируют ритмические колебания в своей постоянной спонтанной активности. Эти колебания можно увидеть в потенциале локального поля (LFP), который отражает суммарные обратные токи от синаптической активности в местной популяции вблизи регистрирующего электрода. LFP является спектрально широким, и многие исследователи рассматривают эту ширину как содержащую множество узкополосных колебательных компонентов, которые могут иметь различные функциональные роли. Эта точка зрения подтверждается наблюдением, что фаза узкополосных колебаний часто коррелирует с возбудимостью коры и может быть связана со временем пиковой активности и достоверностью сенсорных вызванных ответов. Соответственно, исследователи обычно «настраиваются» на эти каналы с помощью узкополосной фильтрации LFP. В качестве альтернативы нейронная активность может быть принципиально широкополосной и состоять из переходных, нестационарных ритмов, которые трудно аппроксимировать как колебания. С этой точки зрения, мгновенное состояние широкого ансамбля напрямую связана с возбудимостью местного населения без особой привязанности к какой-либо частотной полосе.Чтобы проверить между этими альтернативами, мы спросили, лучше ли спайковая активность нейронов неокортекса у мартышек любого пола связана с фазой LFP в узких полосах частот или с широкополосным измерением. Мы обнаружили, что фаза широкополосных колебаний LFP обеспечивает лучший прогноз времени спайка, чем фаза после фильтрации в узких полосах. Эти результаты бросают вызов взгляду на неокортекс как на систему, состоящую из узкополосных осцилляторов и поддерживает точку зрения, согласно которой флуктуации нейронной активности по своей сути являются широкополосными. Исследования динамического состояния нейронных популяций часто придают уникальное значение состоянию узкополосных колебательных компонентов. Однако ритмические колебания активности коры нестационарны и имеют широкий спектр. Мы обнаружили, что время спонтанной пиковой активности лучше улавливается состоянием широкополосных колебаний по сравнению с любым латентным колебательным компонентом. Эти результаты предполагают, что узкополосные интерпретации ритмической популяционной активности могут быть ограничены, а более широкие представления могут обеспечить более точное описание ежеминутных колебаний корковой активности.

Франкен, ТП, Рейнольдс, Дж. Х. Столбчатая обработка владения границей в зрительной коре приматов. (2021) Элиф. 10. DOI: 10.7554/eLife.72573

+ развернуть аннотацию

Чтобы понять визуальную сцену, мозг отделяет фигуры от фона, назначая границы объектам переднего плана. Нейроны в зрительной коре приматов кодируют, какой объект владеет границей (владение границей), но основная схема не понятна. Здесь мы использовали многоэлектродные зонды для записи единиц, селективных по границе владения, в разных слоях зрительной области V4 макаки, чтобы изучить ламинарную организацию и время избирательности владения границей. Мы обнаруживаем, что избирательность владения границей возникает сначала в единицах глубокого слоя, в отличие от латентного периода спайков для небольших стимулов в классическом рецептивном поле. Единицы с одним и тем же проникновением обычно разделяют предпочтительную сторону владения границей, в том числе на разных уровнях, аналогично предпочтениям ориентации. Единицы часто избирательно владеют границами для ряда ориентаций границ, где предпочтительные стороны владения границами систематически организованы в визуальном пространстве. Вместе наши данные показывают столбчатую организацию владения границами в V4, где самые ранние сигналы владения границами не просто наследуются из вышележащих областей, но вычисляются нейронами в глубоких слоях и, таким образом, могут быть частью сигналов, возвращаемых обратно в вышележащие области коры или глазодвигательный аппарат. системы сразу после начала действия стимула. Тот факт, что предпочтительные границы собственности сгруппированы и могут охватывать широкий спектр пространственно смежных мест, предполагает, что асимметричный контекст, интегрированный этими нейронами, обеспечивается систематически кластеризованным образом, возможно, посредством кортико-кортикальной обратной связи и горизонтальных связей.

Дэвис, З.В., Бениньо, Г.Б., Флеттерман, К., Деборд, Т., Стюард, К., Сейновски, Т.Дж., Рейнольдс, Дж. Х., Мюллер, Л. Спонтанные бегущие волны естественным образом возникают из временных задержек горизонтального волокна и проходят через локально асинхронно-нерегулярные состояния. (2021) Природа связи. 12(1):6057. DOI: 10.1038/s41467-021-26175-1

+ развернуть аннотацию

Исследования сенсорно-вызванных нейронных ответов часто сосредотачиваются на средней частоте спайков, а колебания рассматриваются как внутренне генерируемый шум. Однако флуктуации спонтанной активности, часто организуемые в виде бегущих волн, формируют вызванные стимулом ответы и перцептивную чувствительность. Механизмы, лежащие в основе этих волн, неизвестны. Кроме того, неясно, согласуются ли волны с низкой скоростью и слабо коррелированной «асинхронно-нерегулярной» динамикой, наблюдаемой в корковых записях. Здесь мы описываем крупномасштабную вычислительную модель с топографически организованной связностью и задержками проводимости, относящимися к биологическим масштабам. Мы обнаружили, что спонтанные бегущие волны являются общим свойством этих сетей. Бегущие волны, возникающие в модели, разрежены, и лишь небольшая часть нейронов участвует в любой отдельной волне. Следовательно, они не вызывают измеримых корреляций всплесков и остаются совместимыми с локально асинхронными нерегулярными состояниями. Кроме того, модулируя состояние локальной сети, они могут формировать ответы на входящие входные данные, наблюдаемые в естественных условиях.

Дэвис В., Мюллер Л., Мартинес-Трухильо Дж., Сейновски Т., Рейнольдс, Дж. Х. Спонтанные бегущие корковые волны вызывают восприятие у ведущих себя приматов (2020) Природа. DOI: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2802-y.

+ развернуть аннотацию

Перцептивная чувствительность меняется от момента к моменту. Одним из потенциальных источников этой изменчивости являются спонтанные колебания корковой активности, которые могут распространяться в виде волн1. Сообщалось о спонтанных бегущих волнах во время анестезии2,3,4,5,6,7, но неизвестно, играют ли они роль во время бодрствования. Здесь, используя недавно разработанные аналитические методы для характеристики динамики зашумленных многоэлектродных данных от момента к моменту, мы идентифицируем спонтанные волны активности в экстрастриарной зрительной коре бодрствующих игрунок (Callithrix jacchus). У обезьян, обученных обнаруживать слабые визуальные цели, время и положение спонтанных бегущих волн до появления цели предсказывали величину активности, вызванной целью, и вероятность обнаружения цели. Напротив, пространственно неорганизованные колебания нервной активности были гораздо менее предсказуемы. Эти результаты показывают важную роль спонтанных бегущих волн в сенсорной обработке посредством модуляции нервной и перцептивной чувствительности.

Формштейн-Шнайдер, Д., Лин, Дж. Д., Пелки, К. А., Читтаджаллу, Р., Го, Б., Ариас-Гарсия, М. А., Аллауэй, К., Сакопулос, С., Шнайдер, Г., Стивенсон, О. , 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, Батиста-Брито, Р., Рейнольдс, Дж., Фэн Г., Фу З., МакБейн С.Дж., Фишелл Г., Димидштайн Дж. Вирусные манипуляции с функционально различными интернейронами у мышей, нечеловеческих приматов и людей. (2020) Природа Нейронаука. DOI: 10.1038/s41593-020-0692-9

+ развернуть аннотацию

Недавний успех в идентификации ген-регуляторных элементов в контексте рекомбинантных аденоассоциированных вирусных векторов сделал возможным экспрессию генов, ограниченных типом клеток. Однако в коре головного мозга эти инструменты в значительной степени ограничены широкими классами нейронов. Чтобы преодолеть это ограничение, мы разработали стратегию, которая привела к идентификации нескольких новых энхансеров для нацеливания на функционально различные подтипы нейронов. Исследуя регуляторный ландшафт гена болезни Scn1a, мы обнаружили энхансеры, селективные в отношении парвальбумина (PV) и интернейронов, экспрессирующих вазоактивные интестинальные пептиды. Демонстрируя функциональную полезность этих элементов, мы показываем, что энхансер, специфичный для PV, позволяет избирательно нацеливать и манипулировать этими нейронами у разных видов позвоночных, включая человека. Наконец, мы демонстрируем, что наш метод отбора является обобщающим и характеризует дополнительные энхансеры, специфичные для PV, с исключительной специфичностью в разных областях мозга. В целом, эти вирусные инструменты могут быть использованы для манипулирования схемами, специфичными для клеточного типа, и имеют большие перспективы для использования в терапевтических вмешательствах.

Нэнди, А.С., Насси, Джей Джей, Джади, член парламента, Рейнольдс, Дж. Х. Оптогенетически индуцированные низкочастотные корреляции ухудшают восприятие. (2019) Элиф. 8. DOI: 10.7554/eLife.35123

+ развернуть аннотацию

Направление скрытого внимания на пространственное местоположение может вызвать значительное снижение низкочастотной коррелированной изменчивости среди нейронов в области V4 макаки, чьи рецептивные поля лежат в посещаемом месте. Было подсчитано, что это снижение составляет значительную часть опосредованного вниманием улучшения сенсорной обработки. Эти оценки зависят от предположений о том, как расшифровываются сигналы населения, и вывод о том, что коррелированная изменчивость ухудшает восприятие, является чисто гипотетическим. Здесь мы проверяем это предположение напрямую, оптогенетически вызывая низкочастотные флуктуации, чтобы увидеть, мешает ли это производительности в задаче, требующей внимания. Мы обнаружили, что низкочастотная оптическая стимуляция нейронов в V4 повышает корреляцию между парами нейронов и ухудшает способность животного к тонким сенсорным различениям. Стимуляция на более высоких частотах не ухудшает работоспособность, несмотря на сравнимую модуляцию нейронных ответов. Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что зависящее от внимания снижение коррелированной изменчивости способствует улучшению восприятия посещаемых стимулов.

Эйвери М., Насси Дж., Рейнольдс, Дж. Вывод свойств нейронной цепи из оптогенетической стимуляции. (2018) PLOS One. 13(10):e0205386. DOI: 10.1371/journal.pone.0205386

+ развернуть аннотацию

Оптогенетика стала важным инструментом для нарушения нейронных цепей с беспрецедентной временной точностью и специфичностью к типу клеток. Однако прямая активация определенной субпопуляции нейронов может быстро модулировать активность других нейронов в сети и может привести к неожиданным и сложным последующим эффектам. Здесь мы разработали биологически ограниченную вычислительную модель, которая использует эти неинтуитивные реакции сети, чтобы получить представление об основных свойствах сети. Мы применяем эту модель к данным, записанным во время оптогенетической стимуляции в первичной зрительной коре бдительной макаки. В этих экспериментах мы обнаружили, что оптогенетическая деполяризация возбуждающих нейронов часто подавляет нейронные ответы, что согласуется с включением схемы нормализации. Наша модель предполагает, что подавление, наблюдаемое в этих ответах, может быть опосредовано медленными возбуждающими и тормозными каналами проводимости. Кроме того, модель предсказала, что реакция сети на оптогенетическое возмущение критически зависит от взаимосвязи между неотъемлемыми временными свойствами сети и временными свойствами опсина. В соответствии с предсказаниями модели, стимуляция опсина C1V1TT, опсина с быстрой постоянной времени (tau = 45 мс), вызывала более быстрые и сильные подавляющие эффекты после смещения лазера по сравнению со стимуляцией более медленного опсина C1V1T (tau = 60 мс). Эта работа иллюстрирует, как неинтуитивные сетевые ответы, возникающие в результате оптогенетической стимуляции, могут быть использованы для получения информации о сетевых свойствах, лежащих в основе фундаментальных нейронных вычислений, таких как нормализация. Таким образом, этот новый гибридный оптико-теоретический подход может усилить возможности оптогенетики для анализа сложных нейронных цепей.

Мюллер Л., Шаван Ф., Рейнольдс, Дж., Сейновски, Т.Дж. Кортикальные бегущие волны: механизмы и вычислительные принципы. (2018) Обзоры природы Neuroscience. DOI: 10.1038/№.2018.20

+ развернуть аннотацию

Технологии многоканальной записи выявили бегущие волны нейронной активности во многих сенсорных, моторных и когнитивных системах. Эти волны могут спонтанно генерироваться повторяющимися цепями или вызываться внешними раздражителями. Они путешествуют по мозговым сетям в разных масштабах, временно модулируя всплески и возбудимость по мере прохождения. Здесь мы рассмотрим недавние экспериментальные результаты, которые нашли доказательства существования бегущих волн в масштабах одной области (мезоскопически) и всего мозга (макроскопически). Мы помещаем эти результаты в контекст современного теоретического понимания генерации и распространения волн в рекуррентных сетях. Во время больших низкочастотных ритмов сна или относительно десинхронизированного состояния бодрствующей коры бегущие волны могут выполнять множество функций, от консолидации долговременной памяти до обработки динамических зрительных стимулов. Мы исследуем новые возможности для экспериментального и вычислительного понимания роли пространственно-временных паттернов активности в коре.

Нэнди, А.С., Насси, Джей Джей, Рейнольдс, Дж. Х. Ламинарная организация модуляции внимания в зрительной зоне макак V4. (2017) Neuron. 93(1):235-246. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.11.029

+ развернуть аннотацию

Внимание имеет решающее значение для восприятия, оно служит для выбора релевантной для поведения информации для привилегированной обработки. Чтобы понять нейронные механизмы внимания, мы должны понять, как модуляция внимания зависит от типа клеток и слоев коры. Здесь мы проверяем, действует ли внимание неизбирательно в корковых слоях или же оно задействует ламинарный контур специфическими и избирательными способами. Мы обнаруживаем специфичные для слоя и класса клеток различия в нескольких различных формах модуляции внимания в области V4. Нейроны с широкими шипами в поверхностных слоях демонстрируют опосредованное вниманием увеличение скорости возбуждения и снижение изменчивости. Корреляции количества всплесков самые высокие во входном слое, и внимание направлено на уменьшение этих корреляций. Нейроны поверхностного и входного слоев демонстрируют зависимое от внимания снижение низкочастотной (<10 Гц) когерентности, но нейроны глубокого слоя демонстрируют увеличение когерентности в бета- и гамма-диапазонах частот. Наше исследование предоставляет шаблон для ламинарной обработки информации, опосредованной вниманием, который может быть применим к сенсорным модальностям.

Димидшштейн, Дж., Чен, К., Тремблей, Р., Роджерс, С.Л., Салди, Г.А., Го, Л., Сюй, К., Лю, Р., Лу, К., Чу, Дж., Гримли, Дж.С., Кростаг, А.Р., Кайкас, А., Эйвери, М.С., Рашид, М.С., Бэк, М., Джейкоб, А.Л., Смит, Г.Б., Уилсон, Д.Е., Коше, Г., Кругликов, И., Руселевич, Т. , Kotak, VC, Mowery, TM, Anderson, SA, Callaway, EM, Dasen, JS, Fitzpatrick, D., Fossati, V., Long, MA, Noggle, S., Рейнольдс, Дж. Х., Санес Д.Х., Руди Б., Фенг Г., Фишелл Г. Вирусная стратегия для нацеливания и манипулирования интернейронами у разных видов позвоночных. (2016) Природа Нейронаука. 19(12):1743-1749. DOI: 10.1038/nn.4430

+ развернуть аннотацию

Фундаментальным препятствием для понимания мозга является доступность недорогих и надежных методов для нацеливания и манипулирования конкретными популяциями нейронов. Необходимость преодоления этого барьера актуальна, поскольку существуют значительные анатомические, физиологические, когнитивные и поведенческие различия между мышами и высшими видами млекопитающих, у которых трудно целенаправленно нацеливаться и манипулировать генетически определенными функциональными типами клеток. В частности, неясно, в какой степени исследования мышиных моделей могут пролить свет на нейронные механизмы, которые опосредуют когнитивные функции у высших видов, включая человека. Здесь мы описываем новый рекомбинантный аденоассоциированный вирус, который ограничивает экспрессию генов ГАМКергическими интернейронами в конечном мозге. Мы демонстрируем, что вирусная экспрессия является специфичной и надежной, что позволяет проводить морфологическую визуализацию, мониторинг активности и функциональные манипуляции с интернейронами как у мышей, так и у генетически не поддающихся лечению видов, что открывает возможность изучения ГАМКергической функции практически у любых видов позвоночных.

Нэнди, А.С., Митчелл, Дж. Ф., Джади, член парламента, Рейнольдс, Дж. Х. Нейроны в зоне V4 макак настроены на сложные пространственно-временные паттерны. (2016) Neuron. 91(4):920-930. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.07.026

+ развернуть аннотацию

Чтобы углубить наше понимание распознавания объектов, важно понять природу преобразований, происходящих на промежуточных стадиях обработки в вентральном зрительном пути, например в области V4. Нейроны в V4 избирательны к локальным особенностям глобальной формы, таким как расширенные контуры. Ранее мы обнаружили, что нейроны V4, селективные к искривленным элементам, демонстрируют высокую степень пространственной изменчивости в своих предпочтениях. Если бы пространственное изменение селективности по кривизне также было отмечено различными образцами временных ответов в разных пространственных положениях, тогда можно было бы распутать эту информацию при последующей обработке на основе временных ответов. Действительно, мы обнаружили, что нейроны V4, чьи рецептивные поля демонстрируют сложную избирательность, также демонстрируют вариации своих временных ответов в зависимости от местоположения. Вычислительная модель, которая декодирует идентичность стимула на основе ответов населения, выигрывает от использования этой временной информации, предполагая, что она может обеспечить мультиплексный код для пространственно-временных характеристик.

Дисней А.А., МакКинни К., Гриссом Л., Лу Х., Рейнольдс, Дж. Х. Многосайтовый массив для комбинированной локальной электрохимии и электрофизиологии в мозге приматов, отличных от человека. (2015) Журнал методов неврологии. 255:29-37. DOI: 10.1016/j.jneumeth.2015.07.009

+ развернуть аннотацию

Насси, Джей-Джей, Эйвери, МС, Цетин, А.Х., Роу, А.В., Рейнольдс, Дж. Х. Оптогенетическая активация нормализации в бдительной зрительной коре макака. (2015) Neuron. 86(6):1504-17. DOI: 10.1016/j.neuron.2015.05.040

+ развернуть аннотацию

Нормализация была предложена как каноническое вычисление, которое объясняет множество свойств нелинейного ответа нейронов, связанных с сенсорной обработкой и высшими когнитивными функциями. Ключевой предпосылкой нормализации является то, что возбудимость нейрона обратно пропорциональна общему уровню активности сети. Мы проверили это, оптогенетически активировав возбуждающие нейроны в первичной зрительной коре бдительной макаки и измерив изменения активности нейронов в зависимости от интенсивности стимуляции, с или без визуальной стимуляции с переменным контрастом. Оптогенетическая деполяризация возбуждающих нейронов либо способствует, либо подавляет исходную активность, что согласуется с косвенным вовлечением тормозных сетей. Как и предсказывала модель нормализации, нейроны демонстрировали субаддитивные ответы на оптогенетическую и зрительную стимуляцию, которые закономерно зависели от интенсивности стимуляции и яркостного контраста. Мы заключаем, что вычисление нормализации сохраняется даже в искусственных условиях оптогенетической стимуляции, подчеркивая канонический характер этой формы нейронных вычислений.

Изписуа Бельмонте, Дж. К., Каллауэй, Э.М., Кэддик, С.Дж., Черчленд, П., Фенг, Г., Хоманикс, Г.Э., Ли, К.Ф., Леопольд, Д.А., Миллер, К.Т., Митчелл, Дж.Ф., Миталипов, С., Мутри, А.Р., Мовшон Ю.А., Окано Х., Рейнольдс, Дж. Х., Рингач Д., Сейновски Т.Дж., Сильва А.С., Стрик П.Л., Ву Дж., Чжан Ф. Мозг, гены и приматы. (2015) Neuron. 86(3):617-31. DOI: 10.1016/j.neuron.2015.03.021

+ развернуть аннотацию

Митчелл, Дж. Ф., Бойсверт, С. Дж., Рейтер, Дж. Д., Рейнольдс, Дж. Х., Леблан, М. Коррекция аномалий рефракции у макак-резусов (Macaca mulatta), занимающихся зрительными исследованиями. (2014) Сравнительная медицина. 64 (4): 300-8.

+ развернуть аннотацию

Макаки являются наиболее распространенной моделью животных для исследований в области зрения, и из-за их высокой ценности в качестве объектов исследования они часто продолжают участвовать в исследованиях даже в пожилом возрасте. Как и у людей, острота зрения макак подвержена ошибкам рефракции. Здесь мы сообщаем о тематическом исследовании, в котором пожилая макака продемонстрировала явное ухудшение остроты зрения в соответствии с выполнением сложной поведенческой задачи. Рефракция продемонстрировала двустороннюю близорукость, которая значительно повлияла на поведенческие и зрительные задачи. С помощью корригирующих линз удалось восстановить остроту зрения. После коррекции миопии показатели макаки в поведенческих задачах были сравнимы со здоровым контролем. Мы проверили 20 других самцов макак, чтобы оценить частоту возникновения аномалий рефракции и глазных патологий в большей популяции. Гиперметропия была наиболее частой аметропией, но во всех случаях была легкой. У второй макаки была легкая близорукость и астигматизм в одном глазу. Других патологий при осмотре глаз не выявлено. Мы разработали простую поведенческую задачу, которую лаборатории визуальных исследований могли бы использовать для проверки остроты зрения у макак. Тест был надежным и легко усваивался животными в течение 1 дня. В этом тематическом исследовании подчеркивается важность скрининга макак, занимающихся визуальной наукой, на предмет аномалий рефракции и глазных патологий для обеспечения качества исследований; мы также предлагаем простую методику проверки остроты зрения у этих животных.

Дисней, АА, Аласади, HA, Рейнольдс, Дж. Х. Мускариновые ацетилхолиновые рецепторы экспрессируются большинством парвальбумин-иммунореактивных нейронов в области МТ макаки. (2014) Мозг и поведение. 4(3):431-45. DOI: 10.1002/brb3.225

+ развернуть аннотацию

Дисней, АА, Рейнольдс, Дж. Х. Экспрессия мускариновых ацетилхолиновых рецепторов m1-типа парвальбумин-иммунореактивными нейронами в первичной зрительной коре: сравнительное исследование крысы, морской свинки, хорька, макаки и человека. (2014) Журнал сравнительной неврологии. 522(5):986-1003. DOI: 10.1002/cne.23456

+ развернуть аннотацию

Холинергическая нейромодуляция является предполагаемым механизмом аспектов возбуждения и внимания у млекопитающих. Ранее мы сообщали, что холинергическая модуляция в первичной зрительной коре (V1) обезьяны макака сильно направлена на ГАМКергические интернейроны, и, в частности, что подавляющее большинство парвальбумин-иммунореактивных (PV) нейронов в V1 макака экспрессирует m1-тип ( чувствительный к пирензепину, Gq-связанный) мускариновый рецептор АХ (m1AChR). Напротив, предыдущие физиологические данные указывают на то, что нейроны PV у крыс редко экспрессируют чувствительные к пирензепину мускариновые AChR. Для дальнейшего изучения этих очевидных видовых различий в холинергических эффекторах первичной зрительной коры мы провели сравнительное исследование экспрессии m1AChR нейронами PV в V1 крыс, морских свинок, хорьков, макак и человека. Мы визуализируем PV- и mAChR-иммунореактивные соматы с помощью двойной иммунофлуоресцентной конфокальной микроскопии и обнаруживаем, что различия между видами глубоки; подавляющее большинство (>75%) нейронов PV-ir у макак, человека и морских свинок экспрессируют m1AChR. Напротив, у крыс только около 25% популяции PV являются иммунореактивными в отношении m1AChR. Наши данные показывают, что, хотя они делают это гораздо реже, чем у приматов, нейроны PV у крыс действительно экспрессируют Gq-связанные мускариновые AChR, которые, по-видимому, остались незамеченными в предыдущих исследованиях in vitro. Подобные данные имеют решающее значение для определения видов, представляющих адекватные модели способности холинергической системы модулировать торможение в коре приматов.

Митчелл, Дж. Ф., Рейнольдс, Дж. Х., Миллер, Коннектикут Активное зрение у мартышек: модельная система для зрительной неврологии. (2014) Журнал неврологии. 34(4):1183-94. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3899-13.2014

+ развернуть аннотацию

Обыкновенная мартышка (Callithrix jacchus), небольшой примат Нового Света, предлагает несколько преимуществ, дополняющих исследования зрения у более крупных приматов. Исследования анестезированных мартышек подробно изучили анатомию и физиологию их зрительной системы (Rosa et al., 2009), в то время как исследования слуховой и голосовой обработки установили их полезность для нейрофизиологических исследований бодрствования и поведения (Lu et al., 2001a,b; Eliades and Wang, 2008a,b; Osmanski and Wang, 2011; Remington et al., 2012). Тем не менее, критически неизвестно, могут ли мартышки выполнять визуальные задачи под подголовником. Это было важно для исследований на макаках, обеспечивая как точное отслеживание взгляда, так и стабилизацию головы для нейрофизиологии. В одной серии экспериментов мы сравнили поведение мартышек с фиксированной головой при свободном просмотре с поведением макак и обнаружили, что их саккадическое поведение сопоставимо по ряду показателей саккад и что саккады нацелены на аналогичные области интереса, включая лица. Во второй серии экспериментов мы применяли поведенческие техники кондиционирования, чтобы определить, может ли мартышка контролировать фиксацию на жидком вознаграждении. Две мартышки могли фиксировать центральную точку и игнорировать периферические мигающие стимулы, что было необходимо для картирования рецептивного поля. Обе мартышки также выполняли задачу распознавания ориентации, демонстрируя насыщенную психометрическую функцию с надежной производительностью и более коротким временем реакции для облегчения распознавания. Эти данные свидетельствуют о том, что мартышка является жизнеспособной моделью для изучения активного зрения и лежащих в его основе нейронных механизмов.

Девор, А., Бандеттини, П.А., Боас, Д.А., Бауэр, Дж.М., Бакстон, Р.Б., Коэн, Л.Б., Дейл, А.М., Эйневолл, Г.Т., Фокс, П.Т., Франческини, М.А., Фристон, К.Дж., Фуджимото, Дж.Г., Гейер , MA, Greenberg, JH, Halgren, E., Hämäläinen, MS, Helmchen, F., Hyman, BT, Jasanoff, A., Jernigan, TL, Judd, LL, Kim, SG, Kleinfeld, D., Kopell, NJ , Кутас, М., Квонг, К.К., Ларкум, М.Е., Ло, Э.Х., Маджистретти, П.Дж., Мандевиль, Дж.Б., Маслия, Э., Митра, П.П., Мобли, В.К., Московиц, М.А., Ниммерьян, А., Рейнольдс, Дж. Х., Розен, Б.Р., Зальцберг, Б.М., Шаффер, CB, Сильва, Г.А., Со, П.Т., Спитцер, Н.К., Тутелл, Р.Б., Ван Эссен, Д.С., Вандуффель, В., Виноградов, С.А., Вальд, Л.Л., Ван, Л.В. , Вебер, Б., Йод, А.Г. Задача соединить точки в МОЗГЕ (2013) Neuron. 80(2):270-4. DOI: 10.1016/j.neuron.2013.09.008

+ развернуть аннотацию

Руис О., Люстиг Б.Р., Насси Дж.Дж., Четин А., Рейнольдс, Дж. Х., Олбрайт, TD, Каллауэй, EM, Стоунер, GR, Роу, AW Оптогенетика сквозь окна в мозгу нечеловеческих приматов. (2013) Журнал нейрофизиологии. 110(6):1455-67. DOI: 10.1152/jn.00153.2013

+ развернуть аннотацию

Оптогенетика сочетает в себе оптику и генетику для контроля активности нейронов с точностью до миллисекунды по типу клеток. Его использование в модельных организмах, таких как грызуны, дрозофилы и Caenorhabditis elegans, в настоящее время хорошо зарекомендовало себя. Однако применение этой технологии у нечеловекообразных приматов (NHP) развивалось медленно. Одной из ключевых проблем была доставка вирусов и света в мозг через толстую твердую мозговую оболочку NHP, через которую можно проникнуть только с помощью устройств большого диаметра, повреждающих мозг. Непрозрачность твердой мозговой оболочки NHP препятствует визуализации подлежащей коры, ограничивая пространственную точность введения вируса, электрофизиологических записей и фотостимуляции. Здесь мы описываем новый подход оптогенетики, в котором нативная твердая мозговая оболочка заменяется оптически прозрачной искусственной твердой мозговой оболочкой. В эту искусственную твердую мозговую оболочку можно проникнуть тонкими стеклянными микропипетками, что позволяет точно прицельно вводить вирус в ткани головного мозга с минимальным повреждением коры головного мозга. За экспрессией оптогенетических агентов можно следить визуально с течением времени. Что наиболее важно, это оптическое окно позволяет проводить целенаправленную неинвазивную фотостимуляцию и сопутствующие измерения активности нейронов с помощью визуализации внутреннего сигнала и электрофизиологических записей. Мы представляем результаты как парализованных под наркозом (оптическая визуализация), так и NHP в состоянии бодрствования (электрофизиология). Усовершенствования существующих методов, ставшие возможными благодаря искусственной твердой мозговой оболочке, должны позволить широко использовать оптогенетические инструменты в исследованиях NHP, что является ключевым шагом на пути к разработке методов лечения нервно-психических и неврологических заболеваний у людей.

Андерсон, Э.Б., Митчелл, Дж.Ф., Рейнольдс, Дж. Х. Зависимое от внимания снижение взрывной активности и высоты потенциала действия в районе макаки V4. (2013) Природа Нейронаука. 16(8):1125-31. DOI: 10.1038/nn.3463

+ развернуть аннотацию

Внимание улучшает кодирование зрительных стимулов. Одним из механизмов, который участвует в облегчении сенсорного кодирования, является импульсное возбуждение потенциалов действия. Мы проверили гипотезу о том, что, когда пространственное внимание направлено на стимул, это вызывает увеличение количества взрывных импульсов на сопровождаемый стимул. Наоборот, мы обнаружили зависимое от внимания снижение «взрыва» среди предполагаемых пирамидных нейронов в области V4 макаки. Мы объяснили это, используя модель стиля Ходжкина-Хаксли, основанную на проводимости, в которой модуляция внимания связана с масштабированием возбуждения и торможения. Модель продемонстрировала зависящее от внимания увеличение частоты возбуждения и сделала неожиданный и правильный прогноз, согласно которому, когда внимание направлено на рецептивное поле нейрона, это снижает высоту потенциала действия. Таким образом, модель обеспечивает единое объяснение трех различных форм модуляции внимания, две из которых ранее не были описаны, и подразумевает масштабирование ответов возбуждающих и тормозящих входящих популяций в опосредовании внимания.

Шарпи Т.О., Кух М., Рейнольдс, Дж. Х. Компромисс между настройкой кривизны и неизменностью положения в области зрения V4. (2013) Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 110(28):11618-23. DOI: 10.1073/pnas.1217479110

+ развернуть аннотацию

Люди могут быстро распознавать множество объектов, несмотря на различия в их внешнем виде. Нейронные механизмы, которые наделяют сенсорные нейроны высокого уровня как избирательностью к сложным свойствам стимула, так и «толерантностью» или инвариантностью к сохраняющим идентичность преобразованиям, таким как пространственная трансляция, остаются плохо изученными. Предыдущие исследования показали, что и толерантность, и избирательность в отношении сочетаний признаков увеличиваются на последовательных стадиях вентрального зрительного потока, который обеспечивает визуальное распознавание. Было обнаружено, что в пределах данной области, такой как зрительная область V4 или нижневисочная кора, толерантность обратно пропорциональна разреженности нейронных ответов, что, в свою очередь, положительно коррелирует с избирательностью соединения. Однако прямую связь между толерантностью и избирательностью сочетаний установить было трудно, поскольку в различных исследованиях сообщается либо об обратной связи, либо об отсутствии значимой связи. Чтобы решить эту проблему, мы измерили ответы V4 на естественные сцены и, используя недавно разработанные статистические методы, мы оценили как соответствующие характеристики стимула, так и диапазон инвариантности трансляции для каждого нейрона. Сосредоточив анализ на настройке на кривизну, что является податливым примером избирательности соединения, мы обнаружили, что нейроны, которые были настроены на более изогнутые контуры, имели меньшие диапазоны инвариантности положения и производили более редкие ответы на естественные стимулы. Эти компромиссы обеспечивают эмпирическую поддержку недавних теорий о том, как визуальная система оценивает трехмерные формы по потокам теней и текстур, а также гипотезу мозаики визуального пространства для различных значений кривизны.

Нэнди, А.С., Шарпи, ТО, Рейнольдс, Дж. Х., Митчелл, Дж. Ф. Тонкая структура настройки формы в области V4. (2013) Neuron. 78(6):1102-15. DOI: 10.1016/j.neuron.2013.04.016

+ развернуть аннотацию

Предыдущие исследования показали, что нейроны области V4 участвуют в обработке форм средней сложности и чувствительны к искривлению. Эти исследования также предполагают, что нейроны, настроенные на кривизну, инвариантны к положению. Мы стремились изучить механизмы, которые наделяют нейроны V4 этими свойствами. В соответствии с предыдущими исследованиями мы обнаружили, что порядок ответов на наиболее и наименее предпочтительные стимулы сохранялся во всем рецептивном поле. Однако детальный анализ настройки формы показал неожиданный результат: нейроны V4, настроенные на сильно изогнутые формы, демонстрируют очень ограниченную трансляционную инвариантность. В мелком пространственном масштабе эти нейроны демонстрируют локальные вариации ориентации. Напротив, нейроны, предпочитающие прямые контуры, демонстрируют пространственно инвариантную настройку ориентации и однородные мелкомасштабные карты ориентации. Оба этих паттерна согласуются с простой моделью объединения ориентаций с настройкой на прямые или изогнутые формы, возникающие, соответственно, в результате объединения гомогенных или гетерогенных сигналов ориентации, унаследованных от ранних зрительных областей.

Сандберг, К.А., Митчелл, Дж.Ф., Гон, Т.Дж., Рейнольдс, Дж. Х. Внимание влияет на латентный период реакции отдельных единиц и потенциалов локального поля в зрительной области коры V4. (2012) Журнал неврологии. 32(45):16040-50. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0489-12.2012

+ развернуть аннотацию

Многие предыдущие исследования показали, что изменения в избирательном внимании могут изменить величину ответа зрительных нейронов коры, но было мало доказательств того, что внимание влияет на латентный период ответа. Небольшие различия в латентности, хотя их трудно обнаружить, потенциально могут иметь функциональное значение, а также могут дать представление о механизмах нейронных вычислений. Поэтому мы повторно изучили влияние внимания на латентный период реакции как отдельных единиц, так и потенциал локального поля (LFP) в зрительной области коры V4 приматов. Мы обнаружили, что внимание действительно вызывает небольшое (1-2 мс), но значительное уменьшение задержки как спайкового, так и LFP-ответа. Хотя внимание, как и повышение контрастности, уменьшает задержку ответа, мы обнаружили, что они по-разному влияют на величину LFP. Повышение контраста увеличивается, а внимание уменьшает величину начального отклонения вызванного стимулом LFP. Как повышение контраста, так и внимание увеличивают величину импульсной реакции. Мы предполагаем, что латентность может быть уменьшена при более высокой контрастности, потому что более сильные входные стимулы быстрее приводят нейроны к пиковому порогу, в то время как внимание может уменьшить латентность, переводя нейроны в более деполяризованное состояние ближе к порогу перед началом стимула.

Фаллах, М., Рейнольдс, Дж. Х. Сравните зависимость плавных следящих движений глаз после саккады от наложенных целей. (2012) PLOS One. 7(5):e37888. DOI: 10.1371/journal.pone.0037888

+ развернуть аннотацию

Области спинного потока предоставляют информацию о движении, используемую глазодвигательной системой для создания преследующих движений глаз. Нейроны в этих областях насыщаются при низких уровнях яркостного контраста. Поэтому мы предположили, что на ранней стадии преследования скорость движения глаз будет демонстрировать функцию усиления глазодвигательного аппарата, которая насыщается при низком яркостном контрасте. Чтобы проверить это, мы записали движения глаз двух макак, обученных саккаде к отверстию, в котором узор из точек перемещался влево или вправо. Вскоре после окончания саккады глаза следовали за направлением движения с окуломоторным усилением, которое увеличивалось с контрастом до насыщения. Добавление второго паттерна точек, движущихся в противоположном направлении и накладывающихся на первый, приводило к сдвигу вправо функции усиления глазодвигательной функции, зависящей от контраста. Величина этого сдвига увеличивалась с контрастом второго рисунка точек. Движение обнулялось, когда два паттерна были равны по контрасту. Затем мы меняли контраст с течением времени. Контрастные различия, исчезнувшие до начала саккады, повлияли на пост-саккадические движения глаз при короткой латентности. Изменения контраста, происходящие во время или после прекращения саккады, не влияли на движения глаз примерно в течение 150 мс. Более ранние исследования показали, что движения глаз можно объяснить вычислением среднего вектора, когда обе цели равны по контрасту. Мы предполагаем, что это вычисление усреднения может отражать особый случай разделительной нормализации, приводя к функциям отклика с насыщением по контрасту, которые сдвигаются вправо при противоположном движении, усредняя движения, когда цели приравниваются по контрасту.

Андерсон, Э.Б., Митчелл, Дж.Ф., Рейнольдс, Дж. Х. Внимательная модуляция частоты импульсов варьируется в зависимости от взрывной активности предполагаемых пирамидных нейронов в зрительной области V4 макаки. (2011) Журнал неврологии. 31(30):10983-92. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0027-11.2011

+ развернуть аннотацию

Одной из наиболее хорошо известных форм модуляции внимания является увеличение частоты возбуждения, когда внимание направлено на рецептивное поле нейрона. Однако степень модуляции скорости может значительно варьироваться в зависимости от отдельных нейронов, особенно среди нейронов с широкими спайками (предполагаемые пирамиды). Мы задались вопросом, может ли эта неоднородность быть коррелирована со свойством нейронного ответа, которое используется в исследованиях внутриклеточной записи, чтобы различать отдельные классы нейронов: взрывной последовательностью нейронных спайков. Сначала мы охарактеризовали импульсное поведение нейронов зрительной области V4 и обнаружили, что оно значительно варьируется в популяции, но мы не нашли доказательств существования отдельных классов импульсного поведения. Однако вспышка более широко варьировалась в классе нейронов, демонстрирующих наибольшую гетерогенность в модуляции внимания, и внутри этого класса вспышка помогла объяснить различия в модуляции внимания. Среди этих нейронов с широкими импульсами модуляция частоты была в первую очередь ограничена пачечными нейронами, которые как группа демонстрировали очень значительное увеличение скорости возбуждения при внимании. Более того, у каждого взрывоопасного нейрона с широкими импульсами, скорость возбуждения которого значительно модулируется вниманием, наблюдалось увеличение частоты возбуждения. Напротив, нейроны с широкими спайками без всплесков не проявляли чистой модуляции внимания, и, хотя некоторые отдельные нейроны действительно демонстрировали значительную модуляцию скорости, они были разделены между нейронами, показывающими увеличение и уменьшение. Эти находки показывают, что область V4 макаки демонстрирует ряд всплесков поведения и что неоднородность модуляции внимания может быть частично объяснена вариациями вспышек.

Чиарамитаро, В. М., Митчелл, Дж. Ф., Стоунер, Г. Р., Рейнольдс, Дж. Х., Бойнтон, GM Объектное внимание к одной из двух наложенных друг на друга поверхностей изменяет реакции в ранней зрительной коре человека. (2011) Журнал нейрофизиологии. 105(3):1258-65. DOI: 10.1152/jn.00680.2010

+ развернуть аннотацию

Столкнувшись с огромным объемом сенсорной информации, мы можем расставить приоритеты при обработке выбранных пространственных местоположений и визуальных характеристик. Нейронные механизмы, лежащие в основе такого пространственного и основанного на признаках отбора, изучены достаточно подробно. В более поздних работах показано, что внимание может также уделяться объектам, даже пространственно наложенным объектам, состоящим из динамически изменяющихся характеристик, которые необходимо интегрировать для создания согласованного представления объекта. Гораздо меньше известно о механизмах, лежащих в основе такого выбора на основе объектов. Наша цель состояла в том, чтобы исследовать поведенческие и нейронные реакции, когда внимание было направлено на один из двух объектов, в частности на одну из двух наложенных друг на друга прозрачных поверхностей, в задаче, предназначенной для предотвращения выбора на основе пространства и признаков. Мы использовали функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) для измерения изменений в сигналах, зависящих от уровня кислорода в крови (BOLD), когда внимание было направлено на ту или иную поверхность. Мы обнаружили, что зрительные области V1, V2, V3, V3A и MT+ демонстрировали усиленный ЖИРНЫЙ ответ на перевод обслуживаемой поверхности по сравнению с необслуживаемой поверхностью. Эти результаты показывают, что визуальные области уже в V1 можно модулировать, обращая внимание на объекты, даже на объекты, определяемые динамически изменяющимися элементами. Это дает убедительные доказательства того, что ранние зрительные области человека вовлечены в, по-видимому, процесс высокого порядка. Кроме того, наши результаты показывают, что эти ранние зрительные области могут участвовать в «связывании» специфических для объекта признаков — процессе, который, по-видимому, должен происходить, чтобы объект или поверхность были единицей выбора внимания.

Митчелл, Дж. Ф., Сандберг, К. А., Рейнольдс, Дж. Х. Пространственное внимание декоррелирует колебания внутренней активности в области макаки V4. (2009) Neuron. 63(6):879-88. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.09.013

+ развернуть аннотацию

Внимание обычно усиливает реакции нейронов, вызванные стимулами, относящимися к задаче, и ослабляет реакции на отвлекающие факторы, не относящиеся к задаче. В этом контексте визуальные отвлекающие факторы представляют собой внешний источник шума, который уменьшается для улучшения качества принимаемого сигнала. Активность, которая является внутренней для самой коры, независимые от стимула постоянные коррелированные колебания в возбуждении, также может действовать как шум, не относящийся к задаче. Чтобы изучить это, мы записали в области V4 макак, выполняющих задачу, требующую внимания. Возбуждение нейронов на идентичные повторяющиеся стимулы сильно варьировало. Большая часть этой изменчивости возникает из-за продолжающихся низкочастотных (<5 Гц) колебаний скорости, коррелирующих со всей популяцией нейронов. Когда внимание направлено на стимул внутри рецептивного поля нейрона, эти коррелированные колебания скорости уменьшаются. Это зависящее от внимания снижение текущей корковой активности улучшает отношение сигнал-шум объединенных нейронных сигналов значительно больше, чем зависящее от внимания увеличение частоты импульсов.

Бердыева Т.К., Рейнольдс, Дж. Х. Рассвет оптогенетики приматов. (2009) Neuron. 62(2):159-60. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.04.011

+ развернуть аннотацию

Сандберг, К.А., Митчелл, Дж.Ф., Рейнольдс, Дж. Х. Пространственное внимание модулирует взаимодействие центра и окружения в зрительной области макаки v4. (2009) Neuron. 61(6):952-63. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.02.023

+ развернуть аннотацию

При естественном просмотре визуальный стимул, являющийся объектом внимания, обычно окружен множеством нерелевантных отвлекающих факторов. Стимулы, попадающие в окружение рецептивного поля, могут влиять на нейрональный ответ, вызванный стимулом, появляющимся в пределах классического рецептивного поля. Такая модуляция не относящимися к задаче отвлекающими факторами может ухудшить нейронный сигнал, связанный с целью. Поэтому мы исследовали, может ли направление внимания на целевой стимул уменьшить влияние нерелевантных для задачи отвлекающих факторов на реакцию нейронов. Мы обнаружили, что в области V4 внимание к стимулу в пределах рецептивного поля нейрона отфильтровывает большую часть подавления, вызванного отвлекающими факторами, появляющимися в окружении. Когда вместо этого внимание направлено на окружающий стимул, подавление усиливается, тем самым отфильтровывая часть нейронного ответа на нерелевантный отвлекающий фактор, расположенный в рецептивном поле. Эти результаты показывают, что внимание модулирует нейронные механизмы, которые приводят к взаимодействиям между центром и окружением.

Рейнольдс, Дж. Х., Хигер, диджей Модель нормализации внимания. (2009) Neuron. 61(2):168-85. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.01.002

+ развернуть аннотацию

Рейнольдс, Дж. Триста миллионов лет отбора внимания. (2008) Neuron. 60(4):528-30. DOI: 10.1016/j.neuron.2008.11.006

+ развернуть аннотацию

Рейнольдс, Дж. Х. Картирование микросхемы внимания. (2008) Природа Нейронаука. 11(8):861-2. DOI: 10.1038/nn0808-861

Кхоу В., Митчелл Дж. Ф., Рейнольдс, Дж. Х., Хиллъярд, ЮАР ERP свидетельствует о том, что поверхностное внимание искажает межглазную конкуренцию во время соперничества. (2008) Журнал Видения. 8(3):18.1-11. DOI: 10.1167/8.3.18

+ развернуть аннотацию

Дж. Ф. Митчелл, Г. Р. Стоунер и Дж. Х. Рейнольдс (2004) заметили, что экзогенное указание на одну из двух наложенных друг на друга прозрачных поверхностей приводит к повышенному смещению восприятия сигнальной поверхности во время бинокулярного соперничества. Мы исследовали нейронные основы этого эффекта, записывая связанные с событием потенциалы (ERP). Испытуемые смотрели на две наложенные друг на друга вращающиеся прозрачные поверхности и сравнивали направления двух последовательных перемещений либо одной и той же поверхности, либо одной каждой поверхности. После первой трансляции, которая привлекала внимание к транслируемой поверхности, два изображения поверхности были удалены — по одному для каждого глаза (дихоптический просмотр) или оба для одного глаза (монокулярный просмотр). У испытуемых были нарушения при сравнении первого и второго переноса, когда они происходили на разных поверхностях, и ухудшение было сильнее при дихоптическом просмотре (соперничество). Компонент P1 (110-160 мс) ERP, вызванный второй трансляцией той же поверхности, был больше, чем для другой поверхности при дихоптическом, но не монокулярном просмотре. Для последующих задних компонентов N1 (160-220 мс) и P2 (250-300 мс) во время соперничества также наблюдались более сильные сигнальные эффекты, чем при монокулярном просмотре. Эти результаты согласуются с гибридной моделью соперничества, согласно которой указание одной поверхности инициирует более ранний процесс межглазного отбора, когда конкурирующие поверхности предъявляются разным глазам.

Митчелл, Дж. Ф., Сандберг, К. А., Рейнольдс, Дж. Х. Дифференциальная модуляция реакции, зависящая от внимания, по классам клеток в зрительной области макаки V4. (2007) Neuron. 55(1):131-41. DOI: 10.1016/j.neuron.2007.06.018

+ развернуть аннотацию

Кора содержит несколько типов клеток, но исследования внимания не различают их, что ограничивает понимание локальных цепей, которые преобразуют обратную связь внимания в улучшенную визуальную обработку. Тормозные интернейроны, экспрессирующие парвальбумин, можно отличить от пирамидных нейронов по более короткой продолжительности их потенциала действия. Мы регистрировали нейроны в области V4, когда обезьяны выполняли задачу, требующую внимания. Мы обнаружили, что распределение длительности потенциала действия сильно бимодальное. Нейроны с узкими потенциалами действия имеют более высокую частоту срабатывания и большее, зависящее от внимания увеличение абсолютной частоты срабатывания, чем нейроны с широкими потенциалами действия. Процентное увеличение ответа одинаково для двух классов. Мы также находим доказательства того, что внимание повышает надежность нейронного ответа. Эта модуляция более чем в два раза сильнее среди предполагаемых интернейронов. Эти данные приводят к неожиданному выводу, что самая сильная модуляция внимания происходит среди локальных интернейронов, которые не передают сигналы между областями.

Фаллах, М., Стоунер, Г.Р., Рейнольдс, Дж. Х. Стимул-специфический конкурентный отбор в экстрастриарной зрительной области макаки V4. (2007) Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 104(10):4165-9. DOI: 10.1073/pnas.0611722104

+ развернуть аннотацию

Боделон, К., Фаллах, М., Рейнольдс, Дж. Х. Временное разрешение для восприятия признаков и союзов. (2007) Журнал неврологии. 27(4):725-30. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3860-06.2007

+ развернуть аннотацию

Сандберг, К.А., Фаллах, М., Рейнольдс, Дж. Х. Зависимое от движения искажение ретинотопии в области V4. (2006) Neuron. 49(3):447-57. DOI: 10.1016/j.neuron.2005.12.023

+ развернуть аннотацию

Кхоу В., Митчелл Дж. Ф., Рейнольдс, Дж. Х., Хиллъярд, ЮАР Экзогенный отбор внимания прозрачных наложенных поверхностей модулирует потенциалы, связанные с ранними событиями. (2005) Исследования зрения. 45(24):3004-14. DOI: 10.1016/j.visres.2005.04.021

+ развернуть аннотацию

Используя парадигму прозрачного движения, [Вальдес-Соса, М., Бобес, М.А., Родригес, В., и Пинилья, Т. (1998). Переключение внимания без переключения внимания на объектно-ориентированную модуляцию внимания мозговых потенциалов, Journal of Cognitive Neuroscience, 10, 137-151; Вальдес-Соса, М., Кобо, А., и Пинилья, Т. (2000). Внимание к объектным файлам, определяемым прозрачным движением, Journal of Experimental Psychological: Human Perception and Performance, 26, 488-505] обнаружил, что, когда внимание эндогенно направлено на одну поверхность, наблюдатели могут более достоверно сообщать о направлении краткого перевода подсказки. чем необработанная поверхность. Используя аналогичный дизайн [Reynolds, JH, Alborzian, S., & Stoner, GR (2003). Внимание, вызванное экзогенным сигналом, запускает конкурентный выбор поверхностей, Vision Research, 43, 59-66] обнаружил, что даже в отсутствие эндогенного сигнала первая трансляция действовала как мощный экзогенный сигнал, который нарушал способность наблюдателя различать последующую трансляцию другая поверхность. Мы исследовали нейронную основу этого экзогенного сигнального эффекта, записывая потенциалы, связанные со зрительными событиями (ERP), вызванные трансляциями сигнальных и несигнальных поверхностей. Испытуемым дали задание оценить, идентичны ли первое и второе перемещения по направлению, и их производительность ухудшилась, когда второе перемещение произошло на поверхности без сигналов по сравнению с поверхностью с сигналами. Задние компоненты C1 (75-110 мс) и N1 (160-210 мс) ERP, вызванные второй трансляцией сигнальной поверхности, были больше, чем компоненты, вызванные трансляцией неактивированной поверхности. Эти поведенческие и сигнальные эффекты ERP присутствовали, даже когда две поверхности были идентичны по цвету, и, таким образом, не могли быть приписаны связанным с вниманием модуляциям усиления цветовых каналов. Эти результаты свидетельствуют о том, что экзогенная сигнализация приводит к предпочтительному выбору сигнальной поверхности как на ранних, так и на промежуточных стадиях зрительно-кортикальной обработки.

Стоунер Г.Р., Митчелл Дж.Ф., Фаллах М., Рейнольдс, Дж. Х. Взаимодействующий конкурсный отбор во внимании и бинокулярное соперничество. (2005) Прогресс в исследованиях мозга. 149:227-34. DOI: 10.1016/S0079-6123(05)49016-0

+ развернуть аннотацию

Зрительно-моторная обработка носит избирательный характер — лишь небольшая часть стимулов, воздействующих на сетчатку, достигает восприятия и/или вызывает поведенческие реакции. И бинокулярное соперничество, и внимание включают зрительный отбор, но совершенно по-разному влияют на восприятие. Во время соперничества осознание чередуется между различными стимулами, предъявляемыми обоим глазам. Напротив, внимание к одному из двух стимулов ухудшает различение игнорируемого стимула, но не вызывает его перцептивного исчезновения. Мы рассматриваем эксперименты, демонстрирующие, что, несмотря на их феноменологические различия, внимание и соперничество зависят от общих механизмов конкурентного отбора. Эти эксперименты, кроме того, показывают, что выбор стимула основан на поверхности и требует координации между различными популяциями нейронов, которые реагируют, когда поверхность меняет свои атрибуты (тип движения) с течением времени. Этот отбор на основе поверхности, в свою очередь, смещает межглазную конкуренцию, отдавая предпочтение глазу, чье изображение соответствует выбранной поверхности. Обзор заканчивается рассуждениями о роли таламуса в опосредовании этой динамической координации, а также размышлениями о том, что лежит в основе различий в феноменологии избирательного внимания и соперничества.

Рейнольдс, Дж. Х., Фаллах, Ф. (2004) Функциональная нейровизуализация визуального познания, внимания и производительности XX.: 363-380

Рейнольдс, Дж. Х., Челацци, Л. Внимательная модуляция визуальной обработки. (2004) Ежегодный обзор нейронауки. 27:611-47. DOI: 10.1146/annurev.neuro.26.041002.131039

+ развернуть аннотацию

Исследования отдельных единиц регистрации на макаках тщательно задокументировали модулирующие эффекты внимания на свойства реакции зрительных нейронов коры. Внимание качественно по-разному влияет на скорость стрельбы в зависимости от того, появляется ли стимул отдельно или в сопровождении отвлекающих факторов. Исследования управления усилением контраста у млекопитающих под наркозом обнаружили параллельные закономерности результатов, когда яркостный контраст стимула увеличивается. Это открытие предполагает, что внимание кооптировало цепи, которые опосредуют контроль усиления контраста, и что оно работает за счет увеличения эффективного контраста сопровождаемого стимула. В соответствии с этой идеей микростимуляция лобных полей глаза, одной из нескольких областей, которые контролируют распределение пространственного внимания, вызывает пространственно локальное увеличение чувствительности как на поведенческом уровне, так и среди нейронов в области V4, где эндогенно генерируемое внимание увеличивает контрастную чувствительность. Исследования на срезе начали объяснять, как модуляторные сигналы могут вызывать такое повышение чувствительности.

Митчелл, Дж. Ф., Стоунер, Г. Р., Рейнольдс, Дж. Х. Предметное внимание определяет доминирование в бинокулярном соперничестве. (2004) Природа. 429 (6990): 410-3. DOI: 10.1038/nature02584

+ развернуть аннотацию

Вопрос, давно интересующий философов, психологов и нейробиологов, заключается в том, как мозг выбирает, какие сигналы попадают в сознание. И бинокулярное соперничество, и внимание включают выбор зрительных стимулов, но совершенно по-разному влияют на восприятие. Во время бинокулярного соперничества осознание чередуется между двумя разными стимулами, предъявляемыми к двум глазам. Напротив, внимание к одному из двух разных стимулов ухудшает различение игнорируемого стимула, но не вызывает его исчезновения из сознания. Здесь мы показываем, что, несмотря на эту разницу, внимание и соперничество основаны на общих механизмах выбора на основе объектов. Мы привлекали внимание к одной из двух наложенных друг на друга прозрачных поверхностей, а затем удаляли изображение одной поверхности для каждого глаза, что приводило к соперничеству. Наблюдатели обычно сообщали, что видели только указанную поверхность. Они также были менее точны в оценке непредсказуемых изменений в характеристиках неподготовленной поверхности. Наш дизайн гарантировал, что выбор сигнальной поверхности не мог быть результатом пространственных, глазных или основанных на функциях механизмов. Скорее, внимание было привлечено к одной поверхности, и это привело к подавлению восприятия другой поверхности во время соперничества. Эти результаты поднимают вопрос о том, как репрезентации объектов конкурируют во время этих двух форм перцептивного отбора, даже если характеристики этих объектов непредсказуемо меняются с течением времени.

Митчелл, Дж. Ф., Стоунер, Г. Р., Фаллах, М., Рейнольдс, Дж. Х. Внимательный выбор наложенных поверхностей нельзя объяснить модуляцией усиления цветовых каналов. (2003) Исследования зрения. 43 (12): 1323-8.

+ развернуть аннотацию

Когда два разноцветных наложенных друг на друга узора из точек вращаются в противоположных направлениях, это дает ощущение двух наложенных друг на друга прозрачных поверхностей. Если наблюдателям дается указание обратить внимание на один набор точек, у них возникают затруднения при вынесении суждений о другом наборе. Поскольку два набора точек перекрываются, эффект подсказки нельзя объяснить пространственным вниманием. Это привело к интерпретации, что нарушение отражает поверхностный отбор внимания. Тем не менее, недавние исследования записи отдельных единиц на обезьянах показали, что внимание может модулировать усиление нейронов, настроенных на такие функции, как цвет. Таким образом, вместо того, чтобы отражать выбор поверхности, поведенческие эффекты могут просто отражать уменьшение усиления цветовых каналов, избирательных по цвету набора точек без подсказок (внимание, основанное на признаках), как если бы рассматривали поверхности через цветной экран. фильтр. Если это так, то ухудшение должно быть устранено, когда две поверхности сделаны одного цвета. Вместо этого мы обнаруживаем, что нарушение сохраняется без снижения силы. Таким образом, наши результаты исключают объяснение усиления цвета.

Рейнольдс, Дж. Х., Готлиб, Дж. П., Кастнер (2003) Фундаментальная неврология, 2-е издание.: 1249-1272

Рейнольдс, Дж. Х., Десимоне, Р. Взаимодействующие роли внимания и визуальной выразительности в V4. (2003) Neuron. 37 (5): 853-63.

+ развернуть аннотацию

Внимание увеличивает усиление контраста нейронов V4, заставляя их реагировать на сопровождаемый стимул, как если бы его контраст увеличился. Когда в рецептивном поле нейрона (RF) появляется несколько стимулов, нейрон реагирует в первую очередь на сопровождаемый стимул. Это говорит о том, что клетки коры головного мозга могут быть «жестко запрограммированы», чтобы реагировать преимущественно на самый контрастный стимул в их RF, а нейронные системы внимания извлекают выгоду из этого механизма, динамически увеличивая эффективный контраст стимула, соответствующего задаче. Чтобы проверить это, мы варьировали относительный контраст двух стимулов в пределах зарегистрированных RF нейронов, в то время как обезьяны обращали внимание на другое место. Увеличение физического контраста одного стимула заставляло нейроны V4 преимущественно реагировать на этот стимул и снижало их реакцию на конкурирующие стимулы. Когда внимание направлялось на менее контрастный стимул, оно частично преодолевало влияние конкурирующего, более контрастного стимула.

Рейнольдс, Дж. Х., Альборзян С., Стоунер Г.Р. Внимание, вызванное экзогенными сигналами, запускает конкурентный выбор поверхностей. (2003) Исследования зрения. 43 (1): 59-66.

+ развернуть аннотацию

Фаллах, М., Рейнольдс, Дж. Х. Внимание! Нейроны V1 выстраиваются в очередь для проверки. (2001) Neuron. 31 (5): 674-5.

+ развернуть аннотацию

Фрайс, П., Рейнольдс, Дж. Х., Рори А.Е., Десимоне Р. Модуляция колебательной синхронизации нейронов избирательным зрительным вниманием. (2001) Наука. 291 (5508): 1560-3. DOI: 10.1126/наука.291.5508.1560

+ развернуть аннотацию

Рейнольдс, Дж. Х., Пастернак Т., Дезимоне Р. Внимание повышает чувствительность нейронов V4. (2000) Neuron. 26 (3): 703-14.

+ развернуть аннотацию

Рейнольдс, Дж. Х., Десимоне, Р. Роль нейронных механизмов внимания в решении проблемы связывания. (1999) Neuron. 24(1):19-29, 111-25.

Рейнольдс, Дж. Х., Челацци Л., Дезимоне Р. Конкурентные механизмы привлекают внимание в областях макак V2 и V4. (1999) Журнал неврологии. 19 (5): 1736-53.

+ развернуть аннотацию

Хорошо известно, что внимание модулирует визуальную обработку в экстрастриарной коре. Однако основные нейронные механизмы неизвестны. Постоянное наблюдение состоит в том, что внимание оказывает наибольшее влияние на реакцию нейронов, когда несколько стимулов появляются вместе в пределах рецептивного поля клетки. Один из способов объяснить это — предположить, что множественные стимулы активируют конкурирующие популяции нейронов и что внимание смещает эту конкуренцию в пользу посещаемого стимула. При отсутствии конкурирующих стимулов конкуренция не может быть разрешена. Соответственно, внимание оказывает более ограниченное влияние на реакцию нейронов на одиночный стимул. Чтобы проверить эту интерпретацию, мы измерили ответы нейронов в областях V2 и V4 макаки, используя поведенческую парадигму, которая позволила нам изолировать механизмы автоматической сенсорной обработки от эффектов внимания. Во-первых, мы измерили реакцию каждой клетки на одиночный стимул, представленный отдельно внутри рецептивного поля или в паре со вторым стимулом рецептивного поля, в то время как обезьяна обращала внимание на место вне рецептивного поля. Добавление второго стимула обычно приводило к тому, что ответ нейрона приближался к ответу, который вызывался только вторым стимулом. Затем мы направили внимание обезьяны на один элемент пары. Это приводило к тому, что реакция нейрона приближалась к ответу, возникающему, когда сопровождаемый стимул появлялся сам по себе. Эти результаты согласуются с идеей о том, что внимание искажает конкурентные взаимодействия между нейронами, заставляя их реагировать в первую очередь на сопровождаемый стимул. Для объяснения этих результатов предлагается количественная нейронная модель внимания.

Карпентер Г.А., Гроссберг С., Рейнольдс, Дж. Х. Нечеткая непараметрическая оценка вероятности ARTMAP для задач распознавания нестационарных образов. (1995) Транснейронная сеть IEEE. 6(6):1330-6. DOI: 10.1109/72.471374

+ развернуть аннотацию

Карпентер Г.А., Гроссберг С., Маркузон Н., Рейнольдс, Дж. Х., Розен, ДБ Fuzzy ARTMAP: архитектура нейронной сети для поэтапного контролируемого изучения аналоговых многомерных карт. (1992) Транснейронная сеть IEEE. 3(5):698-713. DOI: 10.1109/72.159059

+ развернуть аннотацию

Джон Рейнольдс, доктор философии

Институт биологических исследований Солка - Публикации

все публикации

Поддержите исследования Солка

Образование

Принадлежность

Награды и награды

Профиль

Контакты