Informácie

Aký funkčný účel slúži kortikálny stĺp?

Aký funkčný účel slúži kortikálny stĺp?

Projekt Blue Brain vedený Henrym Markramom sa zameral na simuláciu kortikálnych stĺpcov na základe myšlienky, že tvoria základné jednotky spracovania mozgu/kognitívnej funkcie.

Aký funkčný účel slúži kortikálny stĺp?

Hľadám (synapsie) matematických, koncepčných a vedeckých modelov. Čo je vedúca teória, aké sú jej dôkazy atď.?


S teóriou, že stĺpček je binárna jednotka zapojená do celého kortikálneho spracovania a pamäte, pracujem už mnoho rokov. Články sú k dispozícii na mojej profilovej stránke (Robert Moss) na researchgate.net a academia.com. Prvý článok bol uverejnený v roku 2006 s aktualizáciou v roku 2012. Publikoval som niekoľko nekontrolovaných, ľahšie zrozumiteľných článkov, ktoré sú tiež zverejnené na týchto stránkach. Nedávno bol publikovaný jeden veľký dokument, ktorý vysvetľuje možnú mikroobvod dynamicky tvorených stĺpcov.


Corpus callosum je najväčší zväzok vlákien v mozgu, ktorý obsahuje takmer 200 miliónov axónov. Skladá sa z vlákien z bielej hmoty známych ako komisurálne vlákna. Je zapojený do niekoľkých funkcií tela vrátane:

  • Komunikácia medzi mozgovými hemisférami
  • Pohyb očí a videnie
  • Udržiavanie rovnováhy vzrušenia a pozornosti
  • Hmatová lokalizácia

Od predného (predného) do zadného (zadného) tela je možné corpus callosum rozdeliť do oblastí známych ako tribúna, genu, teloa splenium. Tribúna a genu spájajú ľavý a pravý predný lalok mozgu. Telo a slezina spájajú hemisféry temporálnych lalokov a hemisféry okcipitálnych lalokov.

Corpus callosum hrá dôležitú úlohu vo videní tým, že kombinuje oddelené polovice nášho zorného poľa, ktoré spracovávajú obrázky oddelene na každej pologuli. Umožňuje nám tiež identifikovať objekty, ktoré vidíme, prepojením vizuálnej kôry s jazykovými centrami mozgu. Okrem toho, corpus callosum prenáša hmatové informácie (spracované v parietálnych lalokoch) medzi mozgovými hemisférami, aby nám umožnili lokalizovať dotyky.


Úvod

Ľudia vykonávajú ohromujúcu škálu činností s rôznym stupňom zložitosti a vykonávajú ich na širokom spektre prevádzkových úrovní. Aj v ten naj všednejší deň ľudia pripravujú a konzumujú jedlo, venujú sa fyzickým cvičeniam, plánujú aktivity, stretávajú sa so známymi a priateľmi, šoférujú auto a pohybujú sa v dopravných schémach, píšu správy a listy, hrajú hry, prispôsobujú sa svojmu správaniu tak, aby spĺňalo požiadavky. neformálnych a formálnych sociálnych situácií, snívajte o nich a premýšľajte o svojich osobných kvalitách a slabých stránkach. V menej svetských dňoch môžu vytvárať hudbu, písať eseje alebo napísať báseň, rozvíjať teóriu, pokúšať sa vyriešiť konflikt, koordinovať sa s inými ľuďmi pri plnení zložitých úloh alebo hrať. Pok émon Go. Každá z týchto aktivít predstavuje operácie zahŕňajúce funkciu mozgu, pohyb, vnímanie a poznanie vyššieho rádu a mnohé z nich zahŕňajú aj sociálnu interakciu a koordináciu s inými ľuďmi, ktorí majú svoje osobné a medziľudské agendy.

Tieto činnosti a prevádzkové úrovne sa zvyčajne skúmajú z hľadiska ich miestnej dynamiky, zavedeného prístupu k porozumeniu, ktorý dal podnet k vysoko rozčlenenej disciplíne psychológie. Neuroveda, úsudok a rozhodovanie a skupinová dynamika sa napríklad zaoberajú veľmi odlišnými aspektmi ľudskej skúsenosti a pri tom málo pozornosti venujú možným základným zásadám, ktoré im poskytujú integráciu. Vzhľadom na tento nedostatok teoretickej integrácie je naším cieľom v tomto článku navrhnúť, aby rôzne činnosti a operačné úrovne charakterizujúce ľudskú skúsenosť mohli byť chápané v zmysle spoločného procesu, ktorý má potenciál vytvoriť jednotný popis psychologického fungovania.

Hlavnou myšlienkou je, že všetky operačné úrovne ľudskej činnosti, od mozgovej funkcie po skupinovú dynamiku, predstavujú vznik funkčné jednotky ktoré vyplývajú z tendencie prvkov nižšej úrovne dosiahnuť koordináciu a spolupracovať pri plnení úloh. Konkrétnejšie navrhujeme, aby funkcie v nervových, psychologických a sociálnych štruktúrach vznikali dynamickým vytváraním funkčných jednotiek, ktoré sú vytvorené zostavením súboru synchronizujúcich prvkov nižšej úrovne do koherentnej štruktúry. Táto hypotéza má svoje pramene v zásadách komplexnej vedy a nelineárnych dynamických systémov a získava predbežnú podporu z nedávnych objavov v neurofyziológii a nedávno vyvinutých modelov v psychologickej a sociálnej vede.


Hypotalamus-hypofyzárny komplex

Hypofýza a hypotalamus sú úzko prepojené štrukturálne aj funkčne. Hypotalamus je dôležitá štruktúra mozgu, ktorá má funkciu nervového systému aj endokrinného systému. Slúži ako prepojenie medzi týmito dvoma systémami a prevádza správy nervového systému do endokrinných hormónov.

Zadná hypofýza sa skladá z axónov, ktoré siahajú od neurónov hypotalamu. Zadná hypofýza tiež ukladá hypotalamické hormóny. Spojenia krvných ciev medzi hypotalamom a prednou hypofýzou umožňujú hypotalamickým hormónom kontrolovať produkciu a sekréciu predného hypofyzárneho hormónu. Hypotalamus-hypofyzárny komplex slúži na udržanie homeostázy monitorovaním a úpravou fyziologických procesov prostredníctvom sekrécie hormónov.


Záver

V1 je jednou z najlepšie študovaných kortikálnych oblastí, pokiaľ ide o robustný vzťah stimul-odpoveď. Táto jemnozrnná, dopredu šírená vizuálna propagácia je základnou funkciou V1. Čoraz viac dôkazov však odhaľuje komplexnejší a komplexnejší popis V1: prostredníctvom vnútorných a spätných väzieb sú neuróny V1 tiež schopné komplexných vizuálnych (analýza scény) a nevizuálnych (kognitívnych) reakcií. Jednou z funkcií spätnej väzby môže byť flexibilné nastavenie systému podľa aktuálnych požiadaviek na správanie, tj distribúcia najvyšších vplyvov nadol aj do prvých senzorických oblastí. Zdôraznili sme niektoré procesy vyššieho rádu, ktoré je možné načítať z V1. Počas aktívneho videnia môže spätná väzba prenášať Bayesovské závery nadchádzajúcich vstupov do V1, aby sa uľahčilo vnímanie. Spätná väzba môže tiež vylepšiť zastúpenie odmeňujúcich podnetov vo V1. Počas spánku môže byť V1 zapojený do prehrávania skúsených udalostí vyššieho rádu na konsolidáciu pamäte. S rastúcimi schopnosťami študovať mozog na molekulárnej, bunkovej, systémovej, behaviorálnej a kognitívnej úrovni dúfame, že budúci vývoj objasní úlohu neurónov V1 ako adaptívnych respondérov a objasní, ako vnútorné stavy mozgu regulujú senzorické spracovanie vo V1.


Pretože kortikosteroidy sú silné lieky, vedľajšie účinky sú celkom bežné. Tieto môžu zahŕňať:

  • rednúca koža
  • zvýšenie telesnej hmotnosti, najmä okolo tváre, a zvýšená chuť do jedla
  • vysoká hladina cukru v krvi alebo cukrovka
  • rýchle zmeny nálady, pocit podráždenosti a úzkosti
  • zvýšená pravdepodobnosť infekcií
  • Cushingov syndróm
  • očné stavy, ako je glaukóm a katarakta
  • depresia alebo samovražedné myšlienky

Zdroj s:


Justin Gardner

Ako nervová aktivita v ľudskej kôre vytvára náš zmysel pre vizuálne vnímanie? Na prepojenie ľudského vnímania s kortikálnou mozgovou aktivitou používame kombináciu funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou, výpočtového modelovania a analýzy a psychofyzických meraní.

Kurzy 2020-21


    PSYCH 164 (Spr)
    PSYCH 50 (výhra, súčet)
    NEPR 207 (Spr)
    PSYCH 50A (súčet) nezávislých štúdií (7)

      NEPR 299 (Aut)
      NEPR 399 (Aut, Win, Spr, Sum)
      PSYCH 275 (Aut, Win, Spr, Sum)
      PSYCH 281 (Spr)
      PSYCH 194 (Spr)
      SYMSYS 190 (Aut, Win, Spr)
      PSYCH 195 (Aut, Win, Spr, Sum)

    Kurzy 2019-20

    Kurzy 2018-19

    Kurzy 2017-18

    Stanfordoví poradcovia

    • Doktorandská dizertačná práca (AC)
      Minseung Choi, Corey Fernandez, Dawn Finzi, Arielle Keller, Eshed Margalit, Guy Wilson, tyler bonnen
    • Poradca pre dizertačné práce (AC)
      Akshay Jagadeesh, Austin Kuo, Minyoung Lee, Joshua Ryu
    • Doktorandský (program)
      Minyoung Lee

    Všetky publikácie

    • Optimalita a heuristika v percepčnej neurovede NEUROSCIENCIA PRÍRODY Gardner, J. L. 2019 22 (4): 514–23

    Abstrakt

    Pozornosť môže zvýšiť aj potlačiť kortikálne senzorické reprezentácie. Zmena zmyslových zobrazení však môže správaniu tiež uškodiť. Behaviorálnym následkom sa dá vyhnúť flexibilnou zmenou senzorických hodnôt, pričom reprezentácie zostanú nezmenené. Tu sme požiadali ľudských pozorovateľov, aby sa venovali jednej z dvoch funkcií, ktoré riadia viditeľnosť pohybu, a podali o nich správu, pričom vykonávali súbežné merania kortikálnej aktivity so zobrazovaním BOLD (fMRI). Rozširujeme dobre zavedený model spájania, aby sme zohľadnili vzťah medzi týmito meraniami, a zistili sme, že zmeny v senzorickej reprezentácii počas riadenej pozornosti nie sú dostatočné na vysvetlenie percepčných správ. Na najlepšie vysvetlenie našich údajov je potrebné pridať flexibilné odčítanie údajov po prúde. Z tohto modelu vyplýva, že pozorovatelia by mali byť schopní obnoviť informácie o ignorovaných funkciách, čo je predpoveď, ktorú behaviorálne potvrdzujeme. Flexibilné odčítanie je teda kritickou súčasťou kortikálnej implementácie adaptívneho správania človeka.

    Abstrakt

    Modely kódujúce kanály ponúkajú schopnosť premosťovať rôzne stupnice neuronálnych meraní interpretáciou reakcií populácie, typicky meraných pomocou BOLD zobrazovania u ľudí, ako lineárnych súčtov skupín neurónov (kanálov) vyladených pre vlastnosti vizuálneho stimulu. Invertovanie týchto modelov na vytvorenie predpovedaných kanálových odpovedí z meraní populácie u ľudí zdanlivo ponúka potenciál vyvodiť vlastnosti ladenia neurónov. Tu testujeme schopnosť vyvodiť závery o šírke neurálneho ladenia z modelov invertovaného kódovania. Skúmali sme kontrastnosť invariancie orientačnej selektivity u ľudského V1 (u oboch pohlaví) a zistili sme, že invertovanie kódovacieho modelu viedlo k funkciám odozvy kanála, ktoré sa rozšírili s nižším kontrastom, čím zrejme porušili invariantnosť kontrastu. Simulácie ukázali, že toto rozšírenie je možné vysvetliť kontrastom invariantným ladením jednej jednotky s nameraným poklesom amplitúdy odozvy pri nižšom kontraste. Zníženie odozvy znižuje pomer signálu k šumu reakcií obyvateľstva, čo má za následok slabšiu reprezentáciu orientácie populácie. Simulácie ďalej ukázali, že zvýšenie signálu na šum spôsobuje, že funkcie odozvy kanálov sú menej citlivé na základnú šírku neurónového ladenia a na hranici nulového šumu zrekonštruujú funkciu kanála predpokladanú modelom bez ohľadu na šírku pásma jednotlivých jednotiek. Dospeli sme k záveru, že naše údaje sú v súlade s ladením orientácie invariantným kontrastom v ľudskom V1. Naše výsledky všeobecnejšie ukazujú, že opatrenia selektivity populácie získané kódovacími modelmi sa môžu značne líšiť od správania sa jednotlivých jednotiek, pretože spájajú šírku neurálneho ladenia a hluk, a preto sa lepšie používajú na odhad neistoty dekódovaných vlastností stimulu. VYHLÁSENIE O VÝZNAME Je veľmi široké uznal, že percepčná skúsenosť pochádza skôr z veľkých populácií neurónov, než z niekoľkých samostatných jednotiek. Mnoho teórií a experimentov však skúmalo súvislosti medzi jednotlivými jednotkami a vnímaním. Kódovacie modely ponúkajú spôsob, ako preklenúť túto medzeru explicitnou interpretáciou populačnej aktivity ako súhrnnej reakcie mnohých jednotlivých neurónov so známymi ladiacimi vlastnosťami. Tu tento prístup používame na skúmanie ladenia orientácie humánneho V1 kontrastného nemenného. Experimentom a modelovaním ukazujeme, že v dôsledku nižšieho signálu k šumu sa ladenie orientácie invariantných invariantných jednotkových jednotiek prejavuje vo funkciách reakcie populácie, ktoré sa rozširujú pri nižšom kontraste, a nie zostávajú kontrastne invariantné. Tieto výsledky poukazujú na potrebu explicitného kvantitatívneho modelovania pri reverznej inferencii z profilov reakcie populácie na reakcie s jednou jednotkou.

    Abstrakt

    Ľudské videnie kombinuje vstupy z dvoch očí do jedného vnímania. Malé rozdiely sa „zlučujú“, pričom väčšie rozdiely sú vnímané „riválne“ z jedného oka naraz. Tieto výsledky sa zvyčajne považujú za navzájom sa vylučujúce procesy, pričom paradigmy zamerané na jedno alebo druhé a fúzia nie sú vo väčšine štúdií o rivalite hlásené. Je fúzia skutočne predvoleným a stabilným stavom, ktorý preráža iba do súperenia o netaviteľné podnety? Alebo monokulárne a kondenzované vnímajú tri čiastkové stavy jedného dynamického systému? Aby sme určili, či sú fúzia a rivalita samostatnými procesmi, zmerali sme ľudské vnímanie Gaborových záplat s radom rozdielov medzi vnútroočnou orientáciou. Pozorovatelia (10 žien, 5 mužov) hlásili v priebehu času súperiace, splynuté a neisté vnímanie. Našli sme dynamickú „tristabilnú“ zónu s rozostupom orientácie 25-35 stupňov, kde by sa mohli vyskytnúť zlúčené, dominantné vnímania ľavého alebo pravého oka. Časové charakteristiky fúznych a nefúznych období počas dôveryhodnosti zodpovedali iným bistabilným procesom. Testovali sme štatistické modely s fúziou ako bistabilný proces na vyššej úrovni striedajúci sa s rivalitou proti našim zisteniam. Nič z toho nevyhovuje našim údajom, ale jednoduchý bistabilný model rozšírený o tri stavy reprodukoval mnohé z našich pozorovaní. Dospeli sme k záveru, že rivalita a fúzia sú viacstabilné subštáty schopné priamej konkurencie, a nie oddelené bistabilné procesy. VYHLÁSENIE O VÝZNAME Keď sa vstupy do dvoch očí líšia, môžu sa buď zlúčiť, alebo sa zapojiť do binokulárnej rivality, kde je pohľad každého oka videný výlučne v otočiť. Vizuálne podnety boli často prispôsobené tak, aby produkovali buď fúziu, alebo rivalitu, implicitne ich považovali za oddelené navzájom sa vylučujúce percepčné procesy. Zistili sme, že niektoré podobné, ale odlišné podnety môžu mať v priebehu času za následok oba výsledky. Porovnanie rôznych jednoduchých modelov s našimi výsledkami naznačuje, že rivalita a fúzia nie sú nezávislé procesy, ale súťažia v rámci jedného viacstabilného systému. Tento koncepčný posun je krokom k zjednoteniu fúzie a rivality a k porozumeniu toho, ako obidva prispievajú k produkcii jednotnej interpretácie konfliktných obrazov vrhaných na sietnicu scénami z reálneho sveta vo vizuálnom systéme.

    Abstrakt

    Sociálne signály zohrávajú významnú úlohu pri formovaní sebahodnoteného oceňovania odmien a rozhodovania. Tieto signály aktivujú sociálne oblasti a oblasti oceňovania/rozhodovania, ale základný výpočet pre ich integráciu do mechanizmu vlastného rozhodovania zostáva nejasný. Tu skúmame, ako sa základný sociálny signál-sociálna hodnota (hodnota odmeňovania ostatných) premieňa na rozhodovanie zamerané na seba v ľudskom mozgu. Pomocou behaviorálnej analýzy, modelovania a neuroimagingu ukazujeme trojstupňové spracovanie konverzie sociálnych hodnôt z ponuky na efektívnu hodnotu a potom na konečnú rozhodovaciu hodnotu. Po prvé, hodnota ponúkaného bonusu ostatných, nazývaná ponúkaná hodnota, bola kódovaná jedinečne v pravom temporoparietálnom spojení (rTPJ) a tiež v ľavej dorsolaterálnej prefrontálnej kôre (ldlPFC), ktorá sa bežne aktivuje ponúkanou hodnotou vlastného bonusu. Efektívna hodnota, stredná hodnota predstavujúca účinný vplyv ponuky na rozhodnutie, bola zastúpená v pravej prednej izolácii (rAI) a konečná rozhodovacia hodnota bola zakódovaná v mediálnom prefrontálnom kortexe (mPFC). Za druhé, pomocou analýz psychofyziologických interakcií (PPI) a dynamického kauzálneho modelovania (DCM) sme demonštrovali trojstupňové spracovanie dopredu z rTPJ a ldPFC ​​na rAI a potom z rAI na mPFC. Ďalej sme ukázali, že tieto charakteristiky sociálnej konverzie sú základom odlišných sociálno -behaviorálnych fenotypov. Ukazujeme, že variabilita konverzie je základom rozdielu medzi prosociálnymi a sebeckými subjektmi, ako je zrejmé z diferenciálnej sily spojenia rAI a ldlPFC s reakciami mPFC. Tieto zistenia spoločne identifikovali základné procesy nervového výpočtu pre konverziu sociálnych hodnôt, ktoré sú základom komplexného správania sa pri sociálnom rozhodovaní. VYHLÁSENIE O VÝZNAME V každodennom živote sa rozhodujeme na základe vlastného záujmu, ale aj s ohľadom na postavenie ostatných. Tieto sociálne vplyvy modulujú signály oceňovania a rozhodovania v mozgu, čo naznačuje zásadný proces nazývaný konverzia hodnoty, ktorý prevádza sociálne informácie na rozhodnutia, na ktoré sa odvoláva. O procese premeny a jej základných mozgových mechanizmoch je však málo známe. Skúmali sme konverziu hodnôt pomocou ľudského fMRI s počítačovým modelovaním a zistili sme tri základné etapy v progresívnom mozgovom okruhu od sociálnej po empatickú a rozhodovaciu oblasť. Je zaujímavé, že mechanizmus premeny mozgu sa líšil medzi prosociálnymi a individualistickými subjektmi. Tieto zistenia odhaľujú, ako mozog spracováva a spája sociálne informácie do elementárneho toku rozhodovania založeného na vlastnom záujme.

    Abstrakt

    Skúmanie toho, ako veľké populácie neurónov predstavujú stimuly, je kľúčové pre pochopenie senzorických reprezentácií, pretože mnohé charakteristiky stimulov je možné rozpoznať iba z populačnej aktivity, nie z jednotlivých samostatných jednotiek. V poslednej dobe sa invertované kódovacie modely používajú na produkciu funkcií kanálovej odozvy z rozsiahlych meraní aktivity ľudského mozgu v priestorovom meradle, ktoré pripomínajú ladiace funkcie jednej jednotky, a bolo navrhnuté na testovanie „reprezentácií stimulov na úrovni populácie“ (Sprague et al. , 2018a). Tieto funkcie odozvy kanálov však nesledujú ladenie populácie. Deriváciou ukazujeme, že funkcia kanálovej odozvy je určená iba do nezvratnej lineárnej transformácie. Tieto funkcie kanálovej odozvy sú teda ľubovoľné, jedna z nekonečnej rodiny, a preto nie sú jedinečným popisom zastúpenia populácie. Simulácie skutočne ukazujú, že bimodálne, dokonca aj náhodné, kanálové funkcie môžu úplne zodpovedať za reakcie populácie bez akýchkoľvek základných jednotiek nervovej odozvy, ktoré sú tak vyladené. Tento prístup je však možné zachrániť jeho rozšírením na rekonštrukciu stimulu, nie predpokladaného modelu. Ukazujeme, že keď sa to urobí, dokonca pomocou bimodálnych a náhodných kanálových funkcií, sa obnoví unimodálna funkcia, ktorá vrcholí na príslušnej hodnote stimulu, čo je možné interpretovať ako meradlo populačnej selektivity. Presnejšie povedané, získaná funkcia naznačuje, aká je pravdepodobnosť akejkoľvek hodnoty stimulu vzhľadom na pozorovanú reakciu populácie. To, či analýza obnovuje hypotetické reakcie ľubovoľného modelu, a nie hodnotí selektivitu populačných reprezentácií, nie je otázkou jedinečnou pre model invertovaného kódovania a ľudskú neurovedu, ale ide o všeobecný problém, ktorému treba čeliť, pretože medzi meraním zasahujú komplexnejšie analýzy. populačná aktivita a prezentácia údajov.

    Abstrakt

    Napriek centrálnemu použitiu pohybovej viditeľnosti na odhalenie nervového základu vnímania, rozhodovania o vnímaní a senzorickej inferencie neexistuje komplexný kvantitatívny rámec, ktorý by stanovoval, ako parametre viditeľnosti pohybu modulujú ľudskú kortikálnu odpoveď.Pohybové podnety s náhodnými bodkami môžu byť menej viditeľné znížením kontrastu obrazu alebo súdržnosti pohybu alebo skrátením trvania stimulu. Pretože každá z týchto manipulácií moduluje silu senzorických nervových reakcií, všetky sa vo veľkej miere používali na odhalenie kognitívnych a iných nesenzorických javov, ako je vplyv zaujatosti priorít, pozornosti a výberovej histórie. Predpokladá sa však, že každá z týchto manipulácií ovplyvňuje reakcie rôznymi spôsobmi v rôznych kortikálnych oblastiach a na interpretáciu tejto literatúry je potrebná komplexná štúdia. Tu ľudskí účastníci pozorovali stimuly s náhodnými bodkami, ktoré sa líšili vo veľkom rozsahu kontrastu, koherencie a trvania stimulu, keď sme merali reakcie závislé od hladiny kyslíka v krvi. Vyvinuli sme rámec pre modelovanie týchto reakcií, ktorý kvantifikuje ich funkčnú formu a citlivosť v rôznych oblastiach. Náš rámec demonštruje citlivosť všetkých vizuálnych oblastí na každý parameter, pričom rané vizuálne oblasti V1-V4 vykazujú väčšiu parametrickú citlivosť na zmeny kontrastu a V3A a MT na koherenciu. Naše výsledky naznačujú, že zatiaľ čo pohybový kontrast, koherencia a trvanie zdieľajú kortikálnu reprezentáciu, sú zakódované s odlišnými funkčnými formami a citlivosťou. Náš kvantitatívny rámec teda slúži ako referencia na interpretáciu rozsiahlej percepčnej literatúry manipulujúcej s týmito parametrami a ukazuje, že rôzne manipulácie s viditeľnosťou budú mať rôzne účinky v ľudskej vizuálnej kôre a je potrebné ich interpretovať zodpovedajúcim spôsobom.

    Abstrakt

    Aké kortikálne mechanizmy umožňujú ľuďom ľahko rozpoznať výraz alebo identitu tváre? Subjekty detegovali zmeny vo výraze alebo identite prúdu dynamických tvárí, zatiaľ čo sme zmerali BOLD reakcie z topograficky a funkčne definovaných oblastí v celej vizuálnej hierarchii. Reakcie v dorzálnych oblastiach sa počas expresnej úlohy zvýšili, zatiaľ čo reakcie vo ventrálnych oblastiach sa počas úlohy identity zvýšili, čo je v súlade s predchádzajúcimi štúdiami. Podobne ako vo ventrálnych oblastiach, skoré vizuálne oblasti vykazovali zvýšenú aktivitu počas úlohy identity. Ak sú vizuálne reakcie vážené percepčnými mechanizmami podľa ich veľkosti, tieto zvýšené reakcie by viedli k zlepšenému výberu pozornosti aspektu tváre vhodného pre úlohu. Alternatívne môžu byť zvýšené reakcie podpisom mechanizmu na zvýšenie citlivosti, ktorý zlepšuje reprezentáciu sledovaného aspektu tváre. V súlade s týmto posledným mechanizmom zvýšenia citlivosti viedlo sledovanie expresie k zlepšenému dekódovaniu expresných príkladov v raných vizuálnych aj dorzálnych oblastiach vzhľadom na návštevnosť identity. Podobne sa zlepšilo dekódovanie príkladov identity pri starostlivosti o identitu v dorzálnych a ventrálnych oblastiach. Dospeli sme k záveru, že starostlivosť o výraz alebo identitu dynamických tvárí je spojená so zvýšenou selektivitou v reprezentáciách konzistentných so zvýšením citlivosti.

    Abstrakt

    Pri rozhodovaní v podmienkach neistoty vnímania môžu minulé skúsenosti hrať zásadnú úlohu. Môže to však viesť aj k zaujatosti, ktorá zhoršuje rozhodnutia. V súlade s predchádzajúcimi pozorovaniami sme zistili, že ľudské voľby sú ovplyvnené úspechom alebo neúspechom minulých volieb dokonca aj v štandardnej dvoj alternatívnej detekčnej úlohe, kde história volieb nie je relevantná. Typická zaujatosť bola taká, ktorá spôsobila, že sa subjekt po zlyhaní rozhodol pre zmenu. Tieto skreslenia histórie voľby viedli k horšej výkonnosti a boli podobné pre pozorovateľov v rôznych krajinách. Boli dobre zachytené jednoduchým logistickým regresným modelom, ktorý bol predtým použitý na opis psychofyzického výkonu u myší. Také iracionálne predsudky sa zdajú byť v rozpore s princípmi posilňovacieho učenia, ktoré by predpovedalo vynikajúcu adaptabilitu na históriu výberu. Preto sme sa pýtali, či subjekty môžu prispôsobiť svoje iracionálne predpojatosti zmenám v štatistikách skúšobného poriadku. Prispôsobivosť bola silná v smere, ktorý potvrdzoval predvolené predsudky subjektu, ale slabšia v opačnom smere, takže existujúce predsudky nebolo možné odstrániť. Došli sme k záveru, že ľudia môžu prispôsobiť skreslenia histórie voľby, ale nedokážu ľahko prekonať existujúce predsudky, aj keď sú v súčasnom kontexte iracionálne: adaptácia je citlivejšia na potvrdzujúce než protichodné štatistiky.

    Abstrakt

    Môže samotný ľudský mozog slúžiť ako model pre prístup systémovej neurovedy k pochopeniu ľudského mozgu? Koniec koncov, to, ako je mozog schopný vytvárať bohatosť a zložitosť ľudského správania, je stále do značnej miery záhadné. Čo je lepšou voľbou študovať túto zložitosť, ako študovať ju na ľuďoch? Merania mozgovej aktivity je však spravidla potrebné vykonávať neinvazívne, čo vážne obmedzuje to, čo sa dá naučiť o vnútornom fungovaní mozgu. Našim prístupom bolo použiť kombináciu psychofyziky, v ktorej môžeme použiť flexibilitu správania ľudí na kvantitatívne merania správania a prepojiť ich prostredníctvom výpočtových modelov s meraním kortikálnej aktivity pomocou zobrazovania magnetickou rezonanciou. Konkrétne sme testovali rôzne výpočtové hypotézy o tom, aké nervové mechanizmy môžu predstavovať zlepšenie správania s priestorovou pozornosťou (Pestilli et al., 2011). Keď sa opierame o kvantitatívne merania a úvahy o tom, čo je známe prostredníctvom zvieracích modelov, dospeli sme k záveru, že váženie senzorických signálov podľa veľkosti ich reakcie je nervovým mechanizmom pre účinný výber senzorických signálov a následné zlepšenia v behaviorálnom výkone s pozornosťou. Aj keď majú zvieracie modely oproti štúdiu mozgu u ľudí mnoho technických výhod, veríme, že neurológia vedy v ľudských systémoch by sa mala snažiť o validáciu, replikáciu a rozšírenie základných poznatkov získaných zo systémov zvieracích modelov, a tak vytvoriť most k pochopeniu toho, ako mozog vytvára komplexné a bohaté kognitívne schopnosti ľudí.

    Abstrakt

    Predchádzajúce informácie o relevancii priestorových polôh sa môžu líšiť v špecifickosti, pretože potenciálne môže mať význam jedno miesto, podmnožina miest alebo všetky miesta. Použitím úlohy kontrastnej diskriminácie so štyrmi možnými cieľmi sme sa pýtali, či sú výkonnostné výhody odstupňované s priestorovou špecifickosťou predchádzajúceho narážky a či by sme mohli kvantitatívne zodpovedať za behaviorálny výkon so zmenami kortikálnej aktivity meranými zobrazovaním závislým od BOLD (okysličenia krvi) . Zmenili sme teda predchádzajúcu pravdepodobnosť, že každé miesto obsahuje cieľ zo 100 na 50 až 25%, a to vopred, 1, 2 alebo 4 z možných miest. Zistili sme, že behaviorálny výkon (prahy diskriminácie) sa stupňoval s priestorovou špecifickosťou. Súčasne merané kortikálne reakcie z retinotopicky definovaných vizuálnych oblastí však neboli striktne odstupňované, pretože veľkosť odpovede sa znižovala, keď boli všetky 4 miesta označené (25% predchádzajúca pravdepodobnosť) v porovnaní so 100 a 50% predchádzajúcou pravdepodobnosťou, ale nebol zistený žiadny významný rozdiel vo veľkosti odpovede. medzi podmienkami 100 až 50% predchádzajúcej pravdepodobnosti pre polohy s cucom alebo uncued. Tiež, hoci polohy cue zvýšili reakcie v porovnaní s noncueingom, táto citlivosť na cue nebola hodnotená s predchádzajúcou pravdepodobnosťou. Okrem toho nebola hodnotená kontrastná citlivosť kortikálnych reakcií, ktoré by mohli zlepšiť výkonnosť pri diskriminácii na základe kontrastu. Namiesto toho model efektívnej selekcie ukázal, že aj keď sa senzorické reakcie nerovnajú s predchádzajúcou pravdepodobnosťou, výber senzorických reakcií vážením väčších reakcií môže viesť k odstupňovaným výhodám behaviorálneho výkonu so zvyšujúcou sa priestorovou špecifickosťou predchádzajúcich informácií.

    Abstrakt

    Merania na jednej jednotke hlásili mnoho rôznych účinkov pozornosti na kontrastnú odpoveď (napr. Zosilnenie kontrastu, zosilnenie odozvy, offset aditíva závislý od viditeľnosti), zatiaľ čo merania funkčného zobrazovania vykazujú rovnomernejšie hlásené zvýšenia odozvy pri všetkých kontrastoch (aditívne). -offset). Normalizačný model pozornosti elegantne predpovedá rozmanitosť účinkov pozornosti uvádzaných v jednotkách dobre vyladených na stimul, ale aké predpovede prináša realistickejšia populácia neurónov s heterogénnym ladením? Sú predpovede v súlade s meraniami na úrovni populácie? Použili sme údaje z funkčného zobrazovania od ľudí na určenie realistického pomeru veľkosti poľa pozornosti k veľkosti stimulačného pohonu (kľúčový parameter pre model) a predpovedaných účinkov pozornosti v populácii modelových neurónov s heterogénnym ladením. Zistili sme, že v rámci populácie neuróny dobre naladené na stimul vykazovali účinok zosilnenia odozvy, zatiaľ čo menej dobre vyladené neuróny vykazovali účinok zosilnenia kontrastu. V priemere za populáciu tieto rozdielne efekty pozornosti viedli k posunom aditív v kontrastnej odpovedi, podobne ako v správach o funkčnom zobrazovaní u ľudí, ako aj v priemeroch populácie jednotlivých jednotiek. Rozdiely v predpovediach pre jednotlivé jednotky a populácie boli pozorované v celom rade modelových parametrov (pomery veľkosti poľa pozornosti k veľkosti stimulačného pohonu a množstvo základnej odpovede upraviteľnej pozornosťou), čo ponúka vysvetlenie rozdielov vo fyziologických správach. Normalizačný model pozornosti teda môže počítať s heterogenitou pri ladení realistických populácií neurónov nielen predpovedať reakcie dobre vyladených neurónov, ale aj aktivitu veľkých populácií neurónov. Všeobecnejšie povedané, výpočtové modely môžu zjednotiť fyziologické nálezy v rôznych mierkach a vytvárať väzby na správanie, ale iba vtedy, ak sú správne zohľadnené faktory ako heterogénne ladenie v rámci populácie.

    Abstrakt

    Zmyslové vnímanie človeka nie je vernou reprodukciou zmyslového prostredia. Napríklad pri nízkom kontraste sa objekty pohybujú pomalšie a blikajú rýchlejšie ako pri fotografovaní. Napriek tomu, že tieto odchýlky boli pozorované silne, ich nervové podopretie nie je známe, čo naznačuje možné prerušenie dobre zavedeného prepojenia medzi vnímaním pohybu a kortikálnymi reakciami. Použili sme funkčné zobrazovanie na skúmanie kódovania rýchlosti v ľudskej kôre na škále neuronálnych populácií a pýtali sme sa, kde a ako sú tieto odchýlky kódované. Dekódovanie, populácia voxelov a analýzy kódovania dopredu odhalili zaujatosť voči pomalým rýchlostiam a vysokým časovým frekvenciám pri nízkom kontraste v najskorších vizuálnych kortikálnych oblastiach, čo zodpovedá vnímaniu. Tieto zistenia teda ponúkajú riešenie prerušenia medzi kortikálnymi reakciami a vnímaním pohybu u ľudí. Predpojatosti vo vnímaní rýchlosti sa navyše považujú za vedúci príklad Bayesovského záveru, pretože ich možno interpretovať ako prioritu pre nízke rýchlosti. Naše údaje preto naznačujú, že vnemové priority tohto druhu môžu byť kódované nervovými populáciami v rovnakých raných kortikálnych oblastiach, ktoré poskytujú senzorické dôkazy.

    Abstrakt

    Ako náš mozog zisťuje zmeny v prírodnej scéne? Aj keď zmeny v prírastkoch špecifických vizuálnych atribútov, ako je kontrast alebo koherencia pohybu, môžu byť signalizované zvýšením neuronálnej aktivity v raných vizuálnych oblastiach, ako je primárny zrakový kortex (V1) alebo ľudský stredný temporálny komplex (hMT+), v uvedenom poradí, mechanizmy signalizácie zmien vyplývajúcich zo zníženia atribútu stimulu sú do značnej miery neznáme. Objavili sme protichodné vzorce kortikálnych reakcií na zmeny v pohybovej koherencii: na rozdiel od oblastí hMT+, V3A a parieto-okcipitálneho komplexu (V6+), ktoré reagujú na zmeny v úrovni koherencie pohybu monotónne, ľudské oblasti V4 (hV4), V3B a ventrálne occipital vždy pozitívne reaguje na prechodné prírastky aj úbytky. Tento vzorec reakcie vždy pozitívne na zmeny stimulov môže vzniknúť v prítomnosti buď koherentne selektívnych populácií neurónov, alebo neurónov, ktoré nie sú naladené na konkrétne koherencie, ale adaptujú sa na konkrétnu úroveň koherencie stimulačne selektívnym spôsobom. Naše zistenia poskytujú dôkaz, že tieto oblasti majú fyziologické vlastnosti vhodné na signalizáciu prírastkov a úbytkov stimulu a môžu byť súčasťou systému kortikálnej bdelosti na zisťovanie výrazných zmien v životnom prostredí.

    Abstrakt

    Bunky v ranej vizuálnej kôre zvierat sú citlivé na orientáciu obrysov a vytvárajú opakované štruktúry známe ako orientačné stĺpce. Na úrovni správania existujú 2 dobre známe globálne predsudky vo vnímaní orientácie (šikmý efekt a radiálne odchýlky) u zvierat aj u ľudí. O ich nervových základoch sa však stále diskutuje. Aby sme odhalili, ako sa tieto odchýlky v správaní dosahujú v ranej vizuálnej kôre, uskutočnili sme experimenty s funkčnou magnetickou rezonanciou s vysokým rozlíšením s novou paradigmou kontinuálnej a periodickej stimulácie. Vložením pokojových zotavovacích období medzi po sebe nasledujúce stimulačné obdobia a zavedením dvojice ortogonálnych stimulačných podmienok, ktoré sa kontinuálne líšili o 90 °, sme sa zamerali na analýzu reakcie závislej od hladiny kyslíka v krvi modulovanej zmenou orientácie stimulu a spoľahlivo extrahovanými orientačnými preferenciami jednotlivých voxelov. . Zistili sme, že existuje viac voxelov preferujúcich horizontálne a vertikálne orientácie, fyziologický substrát, ktorý je základom šikmého efektu, a že tieto nadmerné reprezentácie horizontálnych a vertikálnych orientácií prevládajú v kortikálnych oblastiach v blízkosti horizontálnych a vertikálnych meridiánových reprezentácií, čo je jav. súvisiace s radiálnym predpätím. Behaviorálne sme tiež potvrdili, že existuje percepčná nadradenosť pre horizontálne a vertikálne orientácie okolo horizontálnych a vertikálnych poludníkov. Naše výsledky teda spresnili nervové mechanizmy týchto dvoch globálnych predsudkov vo vnímaní orientácie.

    Abstrakt

    Na lokalizáciu vizuálnych predmetov mozog kombinuje informácie o polohe sietnice a smere pohľadu. Štúdie na opiciach preukázali, že poloha očí moduluje zisk vizuálnych signálov pomocou „ziskových polí“, takže jednotlivé neuróny predstavujú retinotopické umiestnenie aj polohu očí. Chceli sme vedieť, či sú pozícia očí a umiestnenie retinotopického stimulu zastúpené v ľudskej vizuálnej kôre. Pomocou funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou sme zvlášť merali pre každú z niekoľkých rôznych pozícií pohľadu kortikálne reakcie na podnety, ktoré sa periodicky menili v sietnicovom lokuse. Vizuálne vyvolané reakcie boli periodické po periodickej retinotopickej stimulácii. Iba amplitúdy odozvy závislé od fáz reakcie na polohu očí boli nerozlišiteľné naprieč polohami očí. Na dekódovanie polohy očí z priestorového vzoru amplitúd odozvy sme použili multivoxelovú analýzu vzorov. Dekodér spoľahlivo rozlišuje polohu očí v piatich raných vizuálnych kortikálnych oblastiach tým, že využíva priestorovo heterogénnu moduláciu kortikálnej aktivity závislú od polohy oka. Dospeli sme k záveru, že reakcie v retinotopicky organizovaných vizuálnych kortikálnych oblastiach sú modulované zosilňovacími poľami kvalitatívne podobnými tým, ktoré boli predtým pozorované neurofyziologicky.

    Abstrakt

    Základnou výzvou sociálneho poznania je, ako sa ľudia naučia hodnotám iného človeka predpovedať svoje rozhodovacie správanie. O tejto forme vzdelávania sa často predpokladá, že vyžaduje simuláciu toho druhého priamym náborom vlastného procesu oceňovania na modelovanie postupu toho druhého. Kognitívny a nervový mechanizmus simulačného učenia však nie je známy. Pomocou správania, modelovania a fMRI ukazujeme, že simulácia zahŕňa dva signály učenia sa v hierarchickom usporiadaní. Chyba predikcie odmeny simulovaného iného spracovaná vo ventromediálnej prefrontálnej kôre sprostredkovanej simulácii priamym náborom, ktorá je identická pre hodnotenie seba a simulovaného iného. Priamy nábor však nebol dostatočný na učenie a tiež si vyžadoval pozorovanie možností druhého, aby sa vygenerovala chyba predikcie akcie simulovaného iného zakódovaná v dorzomediálnej/dorsolaterálnej prefrontálnej kôre. Tieto zistenia ukazujú, že simulácia používa jadro prefrontálneho obvodu na modelovanie ocenenia druhého na generovanie predikcie a doplnkový obvod na sledovanie variácií správania na spresnenie predikcie.

    Abstrakt

    Výpočtové procesy, ktorými pozornosť zlepšuje behaviorálny výkon, boli charakterizované meraním vizuálnej kortikálnej aktivity pomocou funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou, pretože ľudia vykonávali úlohu kontrastnej diskriminácie s ohniskovou a distribuovanou pozornosťou. Ohnisková pozornosť priniesla výrazné zlepšenia v behaviorálnej výkonnosti sprevádzané zvýšením kortikálnych reakcií. Kvantitatívna analýza odhalila, že ak by bol výkon obmedzený iba citlivosťou meraných senzorických signálov, zlepšenia v behaviorálnom výkone by zodpovedali nereálne veľkému zníženiu variability reakcie. Namiesto toho bol behaviorálny výkon dobre charakterizovaný procesom združovania a selekcie, v ktorom pri vnímavom rozhodovaní dominovali najväčšie senzorické reakcie, tie, ktoré boli najsilnejšie modulované pozornosťou. Táto charakteristika predpovedá, že rušivé rušivá, ktoré vyvolávajú veľké reakcie, by mali negatívne ovplyvniť behaviorálny výkon. Túto predpoveď sme testovali a potvrdili. Dochádzame k záveru, že behaviorálny výkon zvyšuje pozornosť predovšetkým tým, že umožňuje účinný výber behaviorálne relevantných senzorických signálov.

    Abstrakt

    Človek sa môže flexibilne venovať rôznym dimenziám stimulov vrátane priestorového umiestnenia a rôznych funkcií, ako je farba a smer pohybu. Aj keď sa predpokladalo, že miesto priestorovej pozornosti je reprezentované prioritnými mapami kódovanými v niekoľkých dorzálnych frontálnych a parietálnych oblastiach, nie je známe, ako mozog predstavuje navštevované prvky. Tu sme skúmali distribúciu a organizáciu nervových signálov súvisiacich s nasadením pozornosti založenej na funkciách. Subjekty si prezerali zložený podnet obsahujúci dva superponované smery pohybu (alebo farby) a dostali pokyn vykonať úlohu náročnú na pozornosť v jednom zo smerov (alebo farieb). Našli sme zvýšenú a trvalú funkčnú reakciu zobrazovania magnetickou rezonanciou pre úlohu pozornosti v porovnaní s neutrálnym stavom bez spoľahlivých rozdielov v celkovej amplitúde odozvy medzi pozorovaním rôznych funkcií. Použitím analýzy multivoxelových vzorov sme však dokázali dekódovať sledovaný prvok v raných vizuálnych oblastiach (primárny vizuálny kortex a komplex pohybu človeka hMT+) a frontálnych a parietálnych oblastiach (napr. Oblasti intraparietálneho sulku IPS1-IPS4 a predné očné polia), ktoré sú bežne spojené s priestorovou pozornosťou. Analýza váhových máp klasifikátora ďalej ukázala, že sledovanie pohybu a farby vyvoláva rôzne vzorce aktivity, čo naznačuje, že v týchto oblastiach sa najímajú rôzne neuronálne subpopulácie na sledovanie rôznych dimenzií vlastností. Naše zistenie teda naznačuje, že skôr ako čisto priestorová reprezentácia priorít, frontálne a parietálne kortikálne oblasti obsahujú aj multiplexované signály súvisiace s prioritou rôznych mimopriestorových znakov.

    Abstrakt

    Kortikálna vaskulatúra je dobre štruktúrovaný a organizovaný systém, ale rozsah, v akom je organizovaná s ohľadom na funkčnú architektúru neurónov, nie je známy.Má vaskulatúra predovšetkým rovnakú funkčnú organizáciu ako kortikálne stĺpce? V zásade môžu kortikálne stĺpce, ktoré zdieľajú ladenie pre stimulačné vlastnosti, ako je orientácia, často byť aktívne spoločne, a preto spoločne vyžadujú kyslík a metabolické živiny. Ak je kortikálna vaskulatúra postavená tak, aby slúžila týmto potrebám, môže mať tiež tendenciu agregovať a zosilňovať signály špecifické pre orientáciu a vysvetliť, prečo sú k dispozícii v dátach fMRI vo veľmi nízkom rozlíšení.

    Abstrakt

    Kortikálna aktivita sa merala pomocou funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou, aby sa sondovalo zapojenie vynikajúceho precentrálneho sulku (vrátane domnelých ľudských frontálnych očných polí, FEF) a intraparietálneho sulku (IPS) do krátkodobej vizuálnej pamäte a vizuálnej pozornosti. V dvoch experimentálnych úlohách ľudské subjekty videli dva vizuálne podnety oddelené variabilným oneskorením. Úlohy kládli rozdielne nároky na krátkodobú pamäť a pozornosť, ale podnety boli vizuálne identické až do doby oneskorenia. Predchádzajúca štúdia (S. Offen, D. Schluppeck, & D. J. Heeger, 2009) zistila disociáciu v ranej vizuálnej kôre, ktorá navrhla rôzne výpočtové mechanizmy, ktoré sú základom týchto dvoch procesov. Naproti tomu tu uvedené výsledky ukazujú, že vzorce aktivácie v prefrontálnom a parietálnom kortexe sa navzájom líšili, ale boli pre tieto dve úlohy podobné. FEF predovšetkým vykazoval dôkazy o činnosti s predĺženým oneskorením pre pracovnú pamäť aj pre úlohu pozornosti, zatiaľ čo IPS nepreukázal žiadne dôkazy o aktivite pre obdobie s predĺženým oneskorením pre žiadnu úlohu. Výsledky naznačujú rozdielne úlohy FEF a IPS v týchto úlohách. Výsledky tiež naznačujú, že spätná väzba na trvalú aktivitu z frontálneho kortexu do vizuálneho kortexu môže byť obmedzená požiadavkami na úlohy.

    Abstrakt

    Ako podobné sú si popravy vykonaných a pozorovaných pohybov rúk v ľudskom mozgu? Na porovnanie priestorových distribúcií kortikálnej aktivity v reakcii na niekoľko pozorovaných a vykonaných pohybov sme použili funkčné zobrazovanie magnetickou rezonanciou (fMRI) a analýzu klasifikácie viacrozmerných vzorov. Subjekty hrali hru nožnica-papier-nožnice proti súperovi na videonahrávke, pri každom pokuse voľne volili svoj pohyb a po krátkom zdržaní pozorovali pohyb súperovej ruky. Identity vykonaných pohybov boli správne klasifikované z reakcií fMRI v niekoľkých oblastiach motorickej kôry, pozorované pohyby boli klasifikované z reakcií vo zrakovej kôre a pozorované aj vykonané pohyby boli klasifikované z reakcií v ľavom alebo pravom prednom intraparietálnom sulku (aIPS). Interpretáciu nad náhodnou klasifikáciou interpretujeme ako dôkaz reprodukovateľných distribuovaných vzorcov kortikálnej aktivity, ktoré boli jedinečné na vykonanie a/alebo pozorovanie každého pohybu. Odpovede v aIPS umožnili presnú klasifikáciu pohybovej identity v rámci každej modality (vizuálnej alebo motorickej), ale neumožnili presnú klasifikáciu medzi rôznymi spôsobmi (t. J. Dekódovanie pozorovaných pohybov od klasifikátora vyškoleného o vykonaných pohyboch a naopak). Tieto výsledky podporujú teórie týkajúce sa ústrednej úlohy aIPS pri vnímaní a vykonávaní pohybov. Priestorový vzor aktivity pre konkrétny pozorovaný pohyb sa však výrazne líšil od priestorového vzoru pre rovnaký pohyb pri vykonávaní, čo naznačuje, že pozorované a vykonávané pohyby sú väčšinou reprezentované zreteľne odlišnými subpopuláciami neurónov v aIPS.

    Abstrakt

    Vizuálny svet vnímame ako fenomenálne nemenný voči pozícii očí, ale takmer všetky kortikálne mapy vizuálneho priestoru u opíc používajú retinotopický referenčný rámec, to znamená, že kortikálna reprezentácia bodu vo vizuálnom svete je v rôznych polohách očí odlišná. Nedávno bolo oznámené, že ľudská kortikálna oblasť MT (na rozdiel od opičej MT) predstavuje podnety v referenčnom rámci prepojené s polohou podnetov v priestore, „spatiotopickom“ referenčnom rámci. Použili sme visuotopické mapovanie so signálmi funkčnej magnetickej rezonancie závislými od hladiny kyslíka v krvi na definovanie 12 ľudských vizuálnych kortikálnych oblastí a potom sme určili, či je referenčný rámec v každej oblasti priestorový alebo retinotopický. Zistili sme, že všetkých 12 oblastí, vrátane MT, predstavovalo podnety v retinotopickom referenčnom rámci. Aj keď v týchto vizuálnych oblastiach a okolo nich boli škvrny kôry, ktoré boli zdanlivo spatiotopické, žiadny z týchto náplastí nevykazoval spoľahlivé reakcie vyvolané stimulom. Dochádzame k záveru, že rané, visuotopicky organizované vizuálne kortikálne oblasti v ľudskom mozgu (podobne ako ich náprotivky v mozgu opice) predstavujú podnety v retinotopickom referenčnom rámci.

    Abstrakt

    Aj keď sa kortikálne neuróny s podobnými funkčnými vlastnosťami často zhlukujú do stĺpcovej organizácie, v ľudskom primárnom zrakovom kortexe (V1) sa našli iba stĺpce s dominanciou oka, stĺpcová štruktúra predstavujúca segregovaný anatomický vstup (z jedného z dvoch očí). Je ešte potrebné preukázať, či v ľudskom V1 existujú aj iné stĺpcové organizácie, ktoré vyplývajú iba z rozdielnych reakcií na vlastnosti stimulu. Použitím funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou s vysokým rozlíšením sme našli takú funkčnú architektúru obsahujúcu domény, ktoré prednostne reagujú na buď nízku alebo vysokú dočasnú frekvenciu.

    Abstrakt

    Ľudský zrakový systém dokáže rozlíšiť variácie kontrastu obrazu v oveľa väčšom rozsahu, ako by naznačovali merania statického vzťahu medzi kontrastom a odozvou vo vizuálnej kôre. Tento rozpor je možné vysvetliť, ak adaptácia slúži na precentrovanie funkcií kontrastnej odozvy na okolitý kontrast, napriek tomu experimenty na ľuďoch tento účinok ešte neuviedli. Použitím fMRI súvisiaceho s udalosťami a prístupom analýzy založenej na dátach sme zistili, že funkcie kontrastnej reakcie vo V1, V2 a V3 sa posúvajú približne do stredu prispôsobujúceho sa kontrastu. Ďalej sme zistili, že na rozdiel od predchádzajúcich oblastí ľudský V4 (hV4) reaguje pozitívne na kontrastné zmeny, či už prírastky alebo zníženia, čo naznačuje, že hV4 nereprezentuje verne kontrast, ale namiesto toho reaguje na výrazné zmeny. Tieto zistenia naznačujú, že zrakový systém diskontuje pomalé neinformatívne zmeny na rozdiel od adaptácie, napriek tomu zostáva mimoriadne citlivý na zmeny, ktoré môžu signalizovať dôležité udalosti v prostredí.

    Abstrakt

    Percepčný aj motorický systém musia dekódovať vizuálne informácie z distribuovanej aktivity veľkých populácií kortikálnych neurónov. Hľadali sme spoločný rámec pre pochopenie dekódovacích stratégií pre vizuálne vedený pohyb a vnímanie otázkou, či silné efekty pohybu v oblasti vnímania vedú k podobným prejavom v motorickom výstupe. Zistili sme, že prispôsobenie pohybu má skutočne silné dôsledky v smere a rýchlosti hladkých pohybových pohybov očí. Po adaptácii so stimulom, ktorý sa pohybuje v danom smere po dobu 7 sekúnd, je smer prenasledovania odrazený od smeru cieľov sledovania, ktoré sa pohybujú do 90 stupňov od adaptačného smeru. Rýchlosť prenasledovania klesá pri cieľoch, ktoré sa pohybujú v smere a rýchlosti adaptačného podnetu, a je odrazená od adaptačnej rýchlosti v tom zmysle, že keď sa ciele sledujú pomalšie alebo rýchlejšie, pokles sa buď zvýši alebo zmenší (prípadne sa zmení na zvýšenie). než je rýchlosť prispôsobenia. Účinky adaptácie sú priestorovo špecifické a fixované na sietnicovú polohu adaptačného stimulu. Veľkosť adaptácie rýchlosti a smeru prenasledovania nie je korelovaná, čo naznačuje, že tieto dva parametre sú dekódované nezávisle. Počítačová simulácia adaptácie pohybu v strednej časovej vizuálnej oblasti (MT) ukazuje, že dekódovanie populačnej reakcie v MT na priemerovanie vektormi môže zodpovedať za účinky adaptácie na smer prenasledovania. Naše výsledky naznačujú jednotný rámec pre premýšľanie, pokiaľ ide o dekódovanie populácie, o prispôsobení pohybu vnímaniu aj činnosti.

    Abstrakt

    Človek prejavuje anizotropiu pri vnímaní smeru: diskriminácia je lepšia, keď sa pohyb pohybuje okolo horizontálnych alebo vertikálnych než diagonálnych osí. Na rozdiel od konzistentnej smerovej anizotropie vo vnímaní sme pri plynulých pohyboch očí zistili iba malé idiosynkratické anizotropie, motorickú akciu, ktorá vyžaduje presnú diskrimináciu smeru vizuálneho pohybu. Prenasledovanie aj rozlišovanie smeru vnímania sa spoliehajú na signály zo strednej časovej vizuálnej oblasti (MT), napriek tomu analýza viacerých meraní neuronálnych reakcií MT u makaka neposkytla dôkaz o smerovej anizotropii. Dospeli sme k záveru, že MT predstavuje rôzne smery pohybu jednotne a následné spracovanie vytvára smerovú anizotropiu v dráhach jedinečných pre vnímanie. Naše údaje podporujú hypotézu, že prinajmenšom pre vizuálny pohyb sú vnímanie a činnosť vedené vstupmi z oddelených senzorických prúdov. Zdá sa, že smerová anizotropia vnímania pochádza z toho, ako sa dva prúdy oddelili a nasledujú za oblasťou MT.

    Abstrakt

    Mnoho prirodzených akcií vyžaduje koordináciu dvoch rôznych druhov pohybov. Ako sa vyberajú ciele za týchto okolností: učia centrálne príkazy súbežne rôzne pohybové systémy alebo vykonávanie jedného pohybu aktivuje sériový reťazec, ktorý automaticky vyberá ciele pre druhý pohyb? Skúmali sme prirodzenú akciu sledovania očí, ktorá pozostáva z orientácie sakád a sledovania plynulých pohybov očí, a našli sme silné fyziologické dôkazy pre sériovú stratégiu. Opice si slobodne vyberali medzi dvoma rovnakými škvrnami, ktoré sa objavili na rôznych miestach zorného poľa a pohybovali sa v ortogonálnych smeroch. Ak bola k jednému z pohybujúcich sa cieľov vyvolaná sakáda mikrostimuláciou buď v poli predného oka (FEF), alebo v hornom kolikule (SC), potom bol na prenasledovanie automaticky zvolený rovnaký cieľ. Naše výsledky naznačujú, že nervové signály zodpovedné za vykonanie sakády môžu tiež pôsobiť ako vnútorný príkaz voľby cieľa pre iné pohybové systémy.

    Abstrakt

    V prirodzených situáciách musí motorická aktivita často zvoliť jeden cieľ, ak je prítomných viac rušivých elementov. Tento príspevok sa pýta, ako pohyby očí primátov hladko prenasledujú výber cieľov pomocou analýzy prirodzenej úlohy výberu cieľa. Opice sledovali dva ciele, ktoré začínali o 1,5 stupňa excentricky a pohybovali sa rôznymi smermi (hore, vpravo, dole a vľavo) smerom k polohe fixácie. Ako sa očakávalo z predchádzajúcich výsledkov, hladké prenasledovanie pred prvou sakádou odrážalo vektorový priemer reakcií na dva pohyby cieľa jednotlivo. Postsakadická rýchlosť hladkého oka však vykazovala vylepšenie, ktoré bolo priestorovo selektívne pre pohyb v koncovom bode sakády. Ak bol koncový bod sakády blízko jedného z dvoch cieľov, čím sa vytvorila zacielená sakáda, potom bolo prenasledovanie selektívne vylepšené pre vizuálny pohyb tohto cieľa a potlačené pre druhý cieľ. Ak koncový bod pristál medzi týmito dvoma cieľmi a vytvoril priemernú sakádu, potom posakadická hladká rýchlosť oka tiež odrážala vektorový priemer dvoch pohybov cieľa. Sakkády s latenciami> 200 ms boli takmer vždy zacielené na sakády. Prenasledovanie však neprešlo z priemerovania vektorov na selekciu cieľa až do výskytu sakády, aj keď latencie sakády boli> 300 ms. Naše údaje teda demonštrujú, že post-sakadické vylepšenie prenasledovania je priestorovo selektívne a že nevyberaný selekčný cieľ na prenasledovanie je časovo závislý od výskytu sakády. To zvyšuje možnosť, že motorické príkazy pre sakády hrajú príčinnú úlohu, a to nielen pri zlepšovaní vizuomotorického prenosu pri prenasledovaní, ale aj pri výbere cieľa na prenasledovanie.


    Veľký záujem bol zameraný na porovnanie mozgu s počítačmi. Existuje množstvo očividných analógií: napríklad jednotlivé neuróny je možné porovnať s tranzistormi na mikročipu a špecializované časti mozgu je možné porovnať s grafickými kartami a inými súčasťami systému. Takéto porovnania sú však spojené s ťažkosťami. Asi najzásadnejším rozdielom medzi mozgom a počítačom je, že dnešné počítače fungujú tak, že často vykonávajú sekvenčné pokyny zo vstupného programu, pričom v ľudských mozgoch sa neobjavuje žiadna jasná analógia programu. Najbližším ekvivalentom by bola myšlienka logického procesu, ale povaha a existencia takýchto entít sú predmetom filozofickej debaty. Vzhľadom na model výpočtu Alana Turinga, Turingov stroj (ktorý ukazuje, že akýkoľvek výpočet, ktorý je možné vykonať na paralelnom počítači, je možné vykonať aj na sekvenčnom počítači), môže ísť o funkčné, nie zásadné rozlíšenie. Maass a Markram však nedávno tvrdili, že „na rozdiel od Turingových strojov generické výpočty neurálnymi obvodmi nie sú digitálne a nevykonávajú sa na statických vstupoch, ale skôr na funkciách času“ (Turingov stroj počíta rekurzívne funkcie). Počítače nakoniec neboli navrhnuté tak, aby boli modelmi mozgu, aj keď sa subjekty ako neurónové siete pokúšajú abstrahovať správanie mozgu spôsobom, ktorý je možné počítačovo simulovať.

    Napriek tomu došlo k mnohým pokusom kvantifikovať rozdiely v schopnostiach medzi ľudským mozgom a počítačmi. Podľa Hansa Moravca extrapoláciou zo známych schopností sietnice na spracovanie obrazových vstupov má mozog kapacitu spracovania 100 miliónov miliónov inštrukcií za sekundu a je pravdepodobné, že ju počítače prekonajú do roku 2030. [3]


    Syndróm fantómových končatín

    Naši redaktori skontrolujú, čo ste odoslali, a rozhodnú, či článok zrevidujú.

    Syndróm fantómových končatín, schopnosť cítiť pocity a dokonca aj bolesť v končatine alebo končatinách, ktoré už neexistujú. Syndróm fantómových končatín sa vyznačuje bolestivými aj bolestivými pocitmi. Nebolestivé pocity je možné rozdeliť na vnímanie pohybu a vnímanie vonkajších vnemov (exteroception), vrátane dotyku, teploty, tlaku, vibrácií a svrbenia. Pocit bolesti sa pohybuje od pálenia a vystreľovania až po pocity mravčenia „mravčenia“. Zatiaľ čo syndróm fantómových končatín sa vyskytuje iba u amputovaných, fantómové pocity môžu byť vnímané u ľudí, ktorí prežili mŕtvicu, ale stratili funkciu určitých častí tela alebo majú poranenie miechy alebo periférneho nervu.

    Syndróm fantómových končatín prvýkrát popísal v roku 1552 francúzsky chirurg Ambroise Paré, ktorý operoval zranených vojakov a písal o pacientoch, ktorí sa sťažovali na bolesti amputovaných končatín. Rovnaký syndróm neskôr spozoroval a zaznamenal francúzsky vedec, matematik a filozof René Descartes, nemecký lekár Aaron Lemos, škótsky anatóm Sir Charles Bell a americký lekár Silas Weir Mitchell, ktorí počas americkej občianskej vojny inklinovali k zraneniu vojakov vo Philadelphii. Škótsky lekár William Porterfield napísal prvý opis syndrómu fantómových končatín v 18. storočí po amputácii jednej z jeho nôh. Bol prvým človekom, ktorý považoval zmyslové vnímanie za základný fenomén syndrómu.

    V 90. rokoch vedci zistili, že neuroplasticita - schopnosť neurónov v mozgu modifikovať ich spojenia a správanie - môže vysvetliť javy bolesti, ktoré boli pozorované v súvislosti so syndrómom fantómových končatín. Zistilo sa, že fantómová bolesť končatín je špecificky vysvetlená neuroplasticitou expanzie mapy (kortikálna reorganizácia), v ktorej miestne oblasti mozgu, z ktorých každá je určená na vykonávanie jedného typu funkcie a odrážajú sa v mozgovej kôre ako „mapy“, môžu získať oblasti nepoužitého fantómu mapu.

    Napriek tomu, že bolestivé symptómy syndrómu fantómových končatín u niektorých pacientov ustúpia samy, u iných pacientov môže dôjsť k silnej, niekedy oslabujúcej chronickej bolesti. Toto je možné ovládať liečivami, ako sú analgetiká (napr. Aspirín, acetaminofén a narkotiká), sedatívne hypnotiká (napr. Benzodiazepíny), antidepresíva (napr. Bupropión a imipramín) a antikonvulzíva (napr. Gabapentín). Niektoré lieky, ako napríklad ketamín (anestetikum) a kalcitonín (hormón) podávané pred amputačným chirurgickým zákrokom, znižujú pravdepodobnosť vzniku neskorších symptómov bolesti. Techniky zvládania problémov, vrátane hypnózy, progresívnej svalovej relaxácie a biofeedbacku (naučenej schopnosti regulovať telesné funkcie), pomohli niektorým pacientom zvládnuť ich symptómy. Medzi nechirurgické ošetrenia, ktoré môžu zmierniť fantómovú bolesť, patrí šoková terapia (alebo elektrokonvulzívna terapia), akupunktúra a transkutánna elektrická nervová stimulácia. Implantovateľné ošetrenia, obvykle používané až po tom, čo neinvazívne ošetrenia zlyhali, zahrnujú hlbokú mozgovú stimuláciu, intratekálne systémy podávania liečiv a stimuláciu miechy.

    Zrkadlový box, novú terapiu syndrómu fantómových končatín, vyvinutý v polovici 90. rokov, používa malý počet pacientov. Terapia priniesla určitý úspech pri zmierňovaní bolesti spojenej s „naučenou paralýzou“, ktorú často zažili pacienti, ktorých chýbajúce končatiny boli pred amputáciou paralyzované. Krabica, ktorá nemá strechu, obsahuje v strede zrkadlo a zvyčajne má dva otvory, jeden, cez ktorý pacient vloží svoju neporušenú končatinu, a druhý, cez ktorý pacient vloží fantómovú končatinu. Keď sa pacient pozerá na odraz neporušenej končatiny v zrkadle, mozog je oklamaný, aby „videl“ fantómovú končatinu. Pohybom neporušenej končatiny a sledovaním jej odrazu v zrkadle môže pacient vycvičiť mozog, aby „pohyboval“ fantómovou končatinou, a tým zmiernil naučenú paralýzu a s ňou spojenú bolesť. Zmeny v mozgu, ktoré prispievajú k úspechu tejto terapie, nie sú úplne pochopené a informácií z dlhodobých štúdií o použití terapie zrkadlovým boxom je málo, aj keď niekoľko pacientov uviedlo dlhodobú úľavu.


    Mätúce kortikálne stĺpce

    Neskorý vývojový neurobiológ a člen Národnej akadémie vied Victor Hamburger mi počas jednej z našich diskusií o rozdiele medzi nudnými údajmi a vzrušujúcimi konceptmi povedal: „Človek môže stráviť celý život opravou chybného dokumentu publikovaného v renomovanom časopise a stále prehráme bitku, ak sa ľuďom páči základná myšlienka “(V. Hamburger, osobná komunikácia). Príkladom dlhovekosti v zásade nesprávnych informácií je fenomén „Základná jednotnosť v štruktúre neokortexu“, ktorý v roku 1980 publikovali Rockel, Hiorns a Powell (1). Tento veľmi vplyvný dokument mal zjavné problémy takmer na každej úrovni: Autori vybrali ľubovoľný 30 μm široký, 25 μm hlboký vertikálny kortikálny „stĺp“ medzi pi a dnom kôry, pretože pravítko v mriežke okulár s olejovým ponorom na ich mikroskope mal 30 µm marker a ich histologické rezy boli hrubé 25 µm, potom odhadli, že počet neurónov v tomto „minikolóne“ je 110 vo všetkých skúmaných cytoarchitektonických oblastiach bez akejkoľvek korekcie pre bunku veľkosti a nakoniec na základe tohto pochybného zistenia urobili širokú generalizáciu, že magické číslo 110 je konštantné u všetkých druhov cicavcov (hlodavce, mäsožravce a primáty vrátane ľudí) vo všetkých cytoarchitektonických oblastiach (okrem primárnej zrakovej kôry u primátov) ).Toto zistenie ich viedlo k záveru, že „vnútorná štruktúra neokortexu je v zásade jednotnejšia, ako sa predpokladalo, a že rozdiely v cytoarchitektúre a funkcii odrážajú rozdiely v spojeniach“.

    Väčšina neurovedcov rozpoznala problémy s použitou metódou aj so získanými údajmi, ale mnohým sa zdal veľmi atraktívny jednoduchý koncept jednotnosti kôry v rôznych modalitách, ako aj počas vývoja neokortikálnej expanzie. Aj keď najmenej šesť výskumných článkov priamo vyvrátilo presnosť Rockelových údajov a kol. ako aj o platnosti ich zovšeobecnenia (napr. odkaz 2), podľa Ústavu vedeckých informácií (ISI) bol ich článok citovaný ≈ 500 -krát. Často sa o tom diskutuje v hlavných referenčných knihách neurovedy a evolúcie mozgu a široko sa používa vo výpočtových modeloch kortikálnych operácií. Pojem jednotnosti všetkých druhov oslovil filozofov, ktorým sa páčila myšlienka, že rozdiel medzi zvieratami a ľuďmi je len kvantitatívny. Poskytla tiež vedecký základ takzvanej „hypotézy tabula rasa“ kortikálneho vývoja, ktorá predpokladá, že všetky cytoarchitektonické oblasti sú špecifikované z pôvodne homogénnej a ekvipotenciálnej kôry vstupom z periférie.

    Preto je článok od Herculana-Housela a kol. (3) v tomto vydaní slúži PNAS na užitočný účel, aj keď neuvádza žiadne neočakávané výsledky. Autori pomocou najmodernejšej metódy nezaujatej stereológie presvedčivo ukazujú, že hustota neurónov v neokortexe sa dokonca trikrát líši dokonca aj medzi vysoko príbuznými druhmi primátov. Výsledky z týchto dvoch štúdií je ťažké porovnať, pretože Rockel a kol. (1) spočítal počet neurónov vo veľmi malých zvislých valcoch (minikolóny), zatiaľ čo Herculano-Housel a kol. odhadol hustotu neurónov vo väčšom objeme kortikálneho tkaniva, ktoré môže byť viac ovplyvnené množstvom neuropilu. Hlavným cieľom práce Herculana-Housela a kol. Zdá sa, že rozptýli pretrvávajúce vnímanie údajov, ktoré uviedol Rockel a kol. sú v zásade platné a ešte raz zdôrazňujú, že jednoduchý koncept základnej uniformity kôry, ktorý sa môže zdať atraktívny, je v zásade nesprávny. Mám však pocit, že Herculano-Housel a kol. nezašlo dostatočne ďaleko pri riešení súvisiaceho problému, ktorý je spôsobený častým zneužívaním pojmu „kortikálny stĺpec“.

    Termín kortikálny „stĺpec“ sa používa tak mnohými spôsobmi, že môže byť pre odborníka veľmi mätúce.

    Klasickí anatómovia zdôraznili laminárne nasadenie neokortexu, ale boli si vedomí aj prominentnej stĺpcovej organizácie, ktorá je vizualizovaná v Golgiho impregnovanom materiáli a ktorá je obzvlášť presvedčivá v častiach ľudskej mozgovej kôry zafarbených Nisslom (4). Koncepcii funkčných stĺpcov sa však zaslúžila pozornosť až potom, čo Vernon Mountcastle (5) zistil, že neuróny usporiadané zvisle (alebo radiálne v spletitom mozgu) vo forme stĺpcov pokrývajúcich šírku somatosenzorickej kôry primátov reagujú na jediné receptívne pole. na periférii. Tento a ďalší výskum mnohých ďalších ukázal, že kortikálne stĺpce pozostávajú z radu iteratívnych neuronálnych skupín (nazývaných tiež moduly), ktoré sa radiálne rozprestierajú naprieč bunkovými vrstvami VI až II s vrstvou I na vrchu (6–10). Neuróny v rámci daného stĺpca sú stereotypne prepojené vo vertikálnej dimenzii, zdieľajú vonkajšiu konektivitu, a preto pôsobia ako základné funkčné jednotky podliehajúce súboru bežných statických a dynamických kortikálnych operácií, ktoré zahŕňajú nielen senzorické a motorické oblasti, ale aj oblasti asociácií podliehajúce najvyšším kognitívne funkcie (8, 9, 11).

    Napriek tomu, že o anatomickej a funkčnej stĺpcovosti neokortexu nikdy neboli pochybnosti, veľkosť, bunkové zloženie, synaptická organizácia, expresia signálnych molekúl a funkcia rôznych typov „stĺpcov“ sú dramaticky odlišné. Kolóny môžu byť definované bunkovou konšteláciou, vzorom konektivity, obsahom myelínu, vlastnosťou farbenia, veľkosťou génovej expresie alebo funkčnými vlastnosťami. Existujú napríklad stĺpce s dominanciou oka, orientačné stĺpce, hyperkolóny a farebné stĺpce, pričom spomenieme iba tie, ktoré sú popísané v primárnom zrakovom kortexe (12), ktoré sa navzájom líšia, ako aj od stĺpcov striedavej callosálnej a ipsilaterálnej projekcie vo frontálnom laloku (8) alebo rôznych miniš stĺpikoch, ktoré presadzovali Szentgahotai (7), Eccles (9), Buxhoeveden a Casanova (10), a novšia detailná rekonštrukcia stĺpcov sudového poľa Sakmannom a kolegami (13) a ich viditeľnosť in vivo neuroimagingom (14). Jediné spojenie medzi týmito rôznymi štruktúrami a konceptmi je, že sa týkajú vertikálnej alebo radiálnej stĺpcovej organizácie jej prvkov na rozdiel od horizontálnej alebo laminárnej organizácie, ktorá je konkrétnejšia v histologických prípravách zrelého neokortexu. Pojem kortikálny „stĺpec“ sa teda používa tak mnohými spôsobmi, že ak nie je presnejšie definovaný, môže byť pre odborníka veľmi mätúci.

    Pojem a koncept radiálnych kortikálnych stĺpcov sa používa aj vo vývojovej neurobiológii mozgovej kôry. Preto som použil termín „ontogenetický stĺp“ na označenie kohort kortikálnych neurónov, ktoré časom pochádzajú z jedného neuronálneho progenitora (15). Klonálne príbuzné postmitotické neuróny sú spočiatku rozmiestnené v geometricky dokonalom stĺpcovom vzore v mozgu embryonálneho primáta, že pokušeniu použiť termín kolóna bolo neodolateľné (pozri obrázok 1 v odkazu 15). Ontogenetické stĺpce sú evidentné aj v prípravkoch živých rezov (16) a in vivo značenie neurónových línií pomocou sledovania prenosu génov (17). Stĺpcová organizácia je obzvlášť evidentná vo vyvíjajúcej sa mozgovej kôre primátov, kde sú neuróny umiestnené do radiálneho poľa s kryštalickou pravidelnosťou, ktorá závisí od sekvenčnej produkcie a riadenej migrácie neurónov, ktorá vyžaduje orchestráciu viacerých molekulárnych udalostí a komplexné interakcie bunka -bunka (11 ).

    Vzťah medzi ontogenetickými a rôznymi funkčnými stĺpcami nebol dostatočne skúmaný. Od začiatku je však zrejmé, že každá funkčná kolóna v mozgovej kôre dospelých musí pozostávať z niekoľkých ontogenetických stĺpcov (polyklonov) v závislosti od ich funkcie a že neuróny z rôznych klonov sa pri migrácii cez strednú zónu miešajú so susednými stĺpcami. (18). Pôvodne bolo evidentné a jasne uvedené, že ontogenetické stĺpce v rôznych cytoarchitektonických oblastiach sú odlišné, a preto sú v rozpore s pojmom homogenity neokortexu (15). Táto variabilita môže vysvetliť diferenciálnu expanziu jednotlivých funkčných oblastí a zavedenie nových oblastí počas evolúcie, ako sú formulované v hypotéze protomapy (15, 19). Koncept polyklonov bol podporený nálezom širších striedajúcich sa stĺpcov génovej expresie u transgénnych a chimérických myší (19–21). Morfologická viditeľnosť ontogenetických stĺpcov je znížená po príchode interneurónov, gliových buniek a aferentných buniek, ktoré sa podieľajú na tvorbe neuropilu s nespočetným počtom synaptických spojení, ktoré predstavujú rôzne typy funkčných stĺpcov popísaných anatómami a fyziológmi (11. ).

    Životnosť konceptu základnej jednotnosti v štruktúre neokortexu je čiastočne spôsobená veľkým rešpektom k Tomovi Powellovi, profesorovi Oxfordu a vedúcemu neuroanatomistovi v tej dobe. Druhá časť je, že závery Rockela, Hiornsa a Powella (1), že kôra pozostáva zo stĺpcov a že sa počas vývoja rozširuje viac na povrchu ako na hrúbke, sú zrejmé a stále stoja. Tiež stále stojí, ako jasne zdôraznil Herculano-Housel a kol. (3), je existencia ontogenetických stĺpcov a platnosť hypotézy radiálnych jednotiek ako základu pre pochopenie jej evolučnej expanzie na bunkovej a molekulárnej úrovni. Novou výzvou je zrekonštruovať kompletné bunkové a synaptické obvody a vyvinúť modelové kortikálne stĺpce, ktoré sú určené pre každú funkciu, aby sa určilo, ako odchýlka tohto vzoru ovplyvňuje správanie.


    Vaidehi Natu

    Som vývojový neurovedec. Môj výskumný program má za cieľ študovať, ako ľudský mozog dozrieva od detstva do dospelosti, pretože získava nové životné zručnosti a správanie: Aký je pôvod nervových a bunkových mechanizmov vývoja mozgu v detstve? Ako sa vyvíja trajektória bunkových mechanizmov počas vývoja, keď deti v školskom veku získavajú komplexné zručnosti, ako je čítanie alebo rozpoznávanie tváre? Aké sú niektoré paralely vo vývoji mozgu medzi druhmi primátov? Aké zmeny sa vyskytujú v mozgu pri vývojových poruchách, ako je autizmus, roztrúsená skleróza a dyslexia.

    Na štúdium mozgu používam multimodálny prístup kombináciou rôznych techník. Používam metódy neuroimagingu vrátane funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou (fMRI), kvantitatívnej MRI (qMRI) a difúznej MRI (dMRI), ako aj pozorovania správania, histológie, porovnávacích metód medzi ľuďmi a makakmi a intrakraniálnej elektroencefalografie. Táto kombinácia doplnkových techník poskytuje jednotné chápanie toho, ako sa anatómia, funkcia a správanie mozgu spoločne vyvíjajú, aby dosiahli komplexné ľudské schopnosti.

    Všetky publikácie

    • Kortikálna recyklácia vo vizuálnej kôre na vysokej úrovni počas vývoja dieťaťa. Prirodzené správanie ľudí Nordt, M., Gomez, J., Natu, V. S., Rezai, A. A., Finzi, D., Kular, H., Grill-Spector, K. 2021

    Abstrakt

    Ľudská ventrálna temporálna kôra obsahuje kategórie selektívne pre kategórie, ktoré reagujú prednostne na ekologicky relevantné kategórie, ako sú tváre, telá, miesta a slová a ktoré sú kauzálne zapojené do vnímania týchto kategórií. Ako sa tieto regióny vyvíjajú v detstve? Funkčné zobrazovanie magnetickou rezonanciou sme použili na meranie pozdĺžneho vývoja selektivity kategórií u detí v školskom veku od 1 do 5 rokov. Zistili sme, že od detstva do dospievania sa oblasti selektívne pre tvár a slová vo ventrálnej temporálnej kôre rozširujú a stávajú sa selektívnejšími pre jednotlivé kategórie, ale regióny selektívne pre končatiny sa zmenšujú a strácajú preferenciu pre končatiny. Je kritické, že ako sa dieťa vyvíja, zvýšenie selektivity na tvár a slovo je priamo spojené s poklesom selektivity končatín, čo ukazuje, že v detstve sa selektivita končatín vo ventrálnej temporálnej kôre znova premieta do selektivity slov a tvárí. Tieto údaje poskytujú dôkaz o kortikálnej recyklácii počas detského vývoja. To má dôležité dôsledky pre pochopenie typického aj atypického vývoja mozgu a vyžaduje si prehodnotenie toho, ako sa kortikálna funkcia vyvíja v detstve.

    Abstrakt

    Vývoj a vývoj anatomicko-funkčných vzťahov v mozgovej kôre je hlavným záujmom neurovedy. Tu sme využili skutočnosť, že funkčná oblasť selektívna pre vizuálne scény sa nachádza v sulku v mediálnom ventrálnom temporálnom kortexe (VTC) u ľudí aj u makakov, aby sme preskúmali vzťah medzi hĺbkou hlienu a selektivitou miesta v mediálnom VTC naprieč druhmi a vekové skupiny. Aby sme to urobili, získali sme anatomické a funkčné skenovanie magnetickou rezonanciou u 9 makakov, 26 ľudských detí a 28 ľudských dospelých. Naše výsledky odhalili silné štruktúrno-funkčné prepojenie medzi selektivitou hĺbky hlienu a selektivitou miesta vo vekových skupinách a druhoch, v ktorých bola selektivita najsilnejšia v blízkosti najhlbšieho bodu sulca (sulcal jam). Je zaujímavé, že toto spojenie medzi hĺbkou hlienu a selektivitou miest u ľudí posilňuje od detstva do dospelosti. Morfologické analýzy naznačujú, že stabilizácia sulkálno-funkčných väzieb v dospelosti môže byť dôsledkom prehĺbenia sôl a plošnej expanzie s vekom, ako aj vývojových rozdielov v zakrivení kôry v píle, ale nie na povrchoch bielej hmoty. Naše výsledky naznačujú sulkálne funkcie ako funkčné orientačné body vo vizuálnej kôre na vysokej úrovni a zdôrazňujú, že sulkálno-funkčné vzťahy v mediálnom VTC sú medzi makakmi a ľuďmi zachované napriek rozdielom v kortikálnom skladaní.

    Abstrakt

    Charakteristickým znakom medziskupinových predsudkov je tendencia individualizovať členov vlastnej skupiny, ale kategoricky spracovávať členov iných skupín. Napriek tomu, že dôsledky týchto predsudkov na stereotypy a diskrimináciu sú dobre zdokumentované, ich počiatočné základy vnímania zostávajú menej pochopené. Tu sme skúmali nervové mechanizmy tohto účinku testovaním, či je vizuálna kôra na vysokej úrovni diferencovane vyladená v citlivosti na variácie tvárí vlastnej rasy v porovnaní s tvárami iných rás. Pomocou funkčnej paradigmy adaptácie MRI sme zmerali návyk bielych účastníkov na bloky bielych a čiernych tvárí, ktoré sa parametricky líšili v ich skupinovej podobnosti. Účastníci vykazovali väčšiu tendenciu individualizovať tváre vlastnej rasy vo vnímaní, pričom vykazovali väčšie uvoľnenie z adaptácie na jedinečné identity a zvýšenú citlivosť v reakcii adaptácie na fyzický rozdiel medzi tvárami. Tieto skupinové rozdiely vznikajú pri ladení raných rozdielov medzi kôrou a zrkadlovým správaním v pamäti a vnímaní tvárí vlastných a iných rás. Naše výsledky naznačujú, že zaujatosti pre tváre iných rás sa objavujú v niektorých z prvých fázach zmyslového vnímania.

    Abstrakt

    Zdá sa, že ľudská kôra sa počas vývoja dieťaťa redne. Základné mikroštrukturálne mechanizmy však nie sú známe. Použitím funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou (fMRI), kvantitatívnej MRI (qMRI) a difúzneho MRI (dMRI) u detí a dospelých sme testovali, aké kvantitatívne zmeny sa vyskytujú u sivej a bielej hmoty vo ventrálnej temporálnej kôre (VTC) od detstva do dospelosti a ako tieto zmeny súvisia s kortikálnym rednutím. Relaxačný čas T1 z qMRI a priemerná difuzivita (MD) z dMRI poskytujú nezávislé a komplementárne merania mikroštrukturálnych vlastností tkaniva sivej a bielej hmoty. V oblastiach selektívnych na tvár a charakter v laterálnych VTC sa T1 a MD znížili od veku 5 do dospelosti v strednej a hlbokej kôre, ako aj v ich priľahlej bielej hmote. K zníženiu T1 došlo aj pozdĺžne v oblastiach mozgu detí. Poklesy T1 a MD 1) boli v súlade s rastom tkaniva súvisiacim s myelinizáciou, ktorý sme overili pomocou histologických myelínových škvŕn pre dospelých, a 2) korelovali so zdanlivým kortikálnym riedením. Naproti tomu v kôre selektívnej na miesto v mediálnom VTC sme nezistili žiadny vývoj T1 alebo MD po 5. roku veku a hrúbka súvisela s kortikálnou morfológiou. Tieto zistenia naznačujú, že laterálny VTC sa pravdepodobne viac myelinizuje od detstva do dospelosti, čo ovplyvňuje kontrast MR obrazov a naopak zdanlivú sivobielu hranicu. Tieto zistenia sú dôležité, pretože naznačujú, že VTC v detstve neriedi, ale naopak sa viac myelinizuje. Naše údaje majú široké dôsledky na pochopenie typického aj atypického vývoja mozgu pomocou pokročilých kvantitatívnych meraní in vivo a klinických podmienok zahŕňajúcich myelín.

    Abstrakt

    Ľudská zraková kôra obsahuje viac ako tucet máp zorného poľa v troch hlavných tokoch spracovania. Jedným z týchto prúdov je laterálny vizuálny prúd, ktorý siaha od V1 po laterálne-okcipitálne (LO) a časovo-okcipitálne (TO) mapy zorného poľa a hrá významnú úlohu vo vnímaní tvaru a pohybu. Nie je však známe, či a ako sa polia vnímavé pre populáciu (pRF) v laterálnom vizuálnom prúde vyvíjajú od detstva do dospelosti a aký vplyv môže mať tento vývoj na priestorové kódovanie. Tu sme použili funkčné zobrazovanie magnetickou rezonanciou a modelovanie pRF u detí a dospelých v školskom veku na skúmanie vývoja laterálneho vizuálneho prúdu. Naše údaje odhaľujú štyri hlavné zistenia: 1) Topografická organizácia excentricity a mapy polárnych uhlov bočného prúdu sú po piatich rokoch stabilné. 2) V oboch vekových skupinách existuje spoľahlivý vzťah medzi prechodmi mapy excentricity a kortikálnym skladaním: stredný týlny gyrus predpovedá prechod medzi periférnou reprezentáciou máp LO a TO. 3) pRF v mapách LO a TO prechádzajú diferenciálnym vývojom od detstva do dospelosti, čo má za následok zvýšenie pokrytia centrálneho zorného poľa v LO a periférneho zorného poľa v TO. 4) Dekódovanie založené na modeli ukazuje, že dôsledkom rozvoja pokrytia pRF a zorného poľa je lepšie priestorové dekódovanie z distribuovaných odpovedí LO a TO u dospelých vs. Tieto výsledky spoločne vysvetľujú vývoj a topografiu laterálneho vizuálneho prúdu. Naše údaje ukazujú, že všeobecná štrukturálno-funkčná organizácia je stanovená na začiatku vývoja, ale vlastnosti v jemnom meradle, ako je distribúcia pRF v zornom poli, a v dôsledku toho priestorová presnosť, sa v detskom vývoji dolaďujú. Tieto zistenia napredujú v chápaní vývoja ľudského vizuálneho systému od detstva do dospelosti a poskytujú zásadný základ pre pochopenie vývojových deficitov.

    Abstrakt

    pFs je funkčne definovaná oblasť v ľudskom mozgu, ktorá sa podieľa na rozpoznávaní predmetov. Nedávny trend označuje pF ako zadný fusiformný sulcus, čo je neuroanatomická štruktúra, ktorá neexistuje. Tu túto chybu opravujeme. Aby sme dosiahli tento cieľ, najskôr prepočítame pôvodné definície pF a potom preskúmame identifikáciu sulci vo vnútri a v okolí fusiformného gyru (FG) vrátane mid-fusiformného sulku (MFS), ktorý je terciárnym sulkom v rámci FG. Zdôrazňujeme, že terciárne sulci, ako napríklad MFS, často chýbajú v atlasoch mozgu, čo komplikuje presnú lokalizáciu funkčných oblastí, ako aj pochopenie štruktúrno-funkčných vzťahov vo ventrálnej temporálnej kôre (VTC). Pri zvažovaní umiestnenia objektovo selektívnych pF z predtým publikovaných údajov vzhľadom na sulci obklopujúce FG, ako aj MFS, ilustrujeme, že (1) pF pokrýva niekoľko makroanatomických štruktúr, čo je v súlade s pôvodnými definíciami pF (Grill -Spector a kol., 1999, 2000), a (2) topologický vzťah medzi pF a MFS má stabilné aj variabilné vlastnosti. Aby sme predišli budúcim zmätkom, pokiaľ ide o anatomické umiestnenie funkčných oblastí vo VTC, a tiež na doplnenie nástrojov, ktoré automaticky identifikujú sulci obklopujúce FG, poskytujeme spôsob automatickej identifikácie MFS v jednotlivých mozgoch pomocou programu FreeSurfer. Nakoniec upozorňujeme na výhody používania rekonštrukcií povrchovej kôry vo veľkých súboroch údajov na identifikáciu a kvantifikáciu terciárnych sulci v porovnaní s klasickými metódami disekcie, pretože tieto často nedokážu odlíšiť terciárne sulci od plytkých povrchových indentácií produkovaných žilami a tepnami. Celkovo navrhujeme, aby zahrnutie definícií a značiek pre terciárne sulci do neuroanatomických atlasov a softvérových balíkov pre neuroimaging zlepšilo pochopenie funkčno-štruktúrnych vzťahov v celom ľudskom mozgu.

    Abstrakt

    Stať sa zdatným čitateľom si vyžaduje rozsiahle učenie sa mnoho rokov.Nie je však známe, ako učenie sa čítať ovplyvňuje vývoj distribuovaných vizuálnych reprezentácií v ľudskej ventrálnej temporálnej kôre (VTC). Pomocou fMRI a výpočtového prístupu založeného na dátach sme kvantifikovali vývoj distribuovaných odpovedí VTC na znaky (pseudoslova a čísla) v porovnaní s inými doménami u detí, preteenov a dospelých. Výsledky odhaľujú anatomický a hemisférický špecifický vývoj. S vývojom sa distribuované reakcie na slová a znaky stali výraznejšími a informatívnejšími v laterálnom, ale nie mediálnom VTC, a v ľavej, ale nie pravej hemisfére. Zatiaľ čo vývoj voxelov s pozitívnou aj negatívnou preferenciou slov ovplyvnil distribuované informácie, iba vývoj voxelov s pozitívnou preferenciou pre slová (tj. Selektívne pre slová) koreloval s čitateľskou schopnosťou. Tieto údaje ukazujú, že vývojové zvýšenia informativity distribuovaných ľavostranných laterálnych reakcií VTC súvisia s odborným čítaním a majú dôležité dôsledky pre vývojové teórie aj pre objasnenie nervových mechanizmov porúch čítania.

    Abstrakt

    Receptívne polia (RF) spracúvajúce informácie v obmedzených častiach zorného poľa sú kľúčovou vlastnosťou neurónov zrakového systému. Ako sa však RF vyvíjajú u ľudí, nie je známe. Pomocou modelovania fMRI a populačného receptívneho poľa (pRF) u detí a dospelých určujeme, kde a ako sa pRF vyvíjajú vo ventrálnom vizuálnom prúde. Tu uvádzame, že vlastnosti pRF v mapách zorného poľa, od prvej vizuálnej oblasti V1 až po prvú ventro-okcipitálnu oblasť VO1, sú podobné dospelým do veku 5. Avšak vlastnosti pRF v tvárovo selektívnych a charakterovo selektívnych oblastiach vyvinúť do dospelosti, čím sa zvýši skreslenie foveálneho pokrytia pre tváre v pravej hemisfére a slová v ľavej hemisfére. Sledovanie očí naznačuje, že zmeny pRF súvisia s meniacimi sa vzormi fixácie slov a tvárí v celom vývoji. Tieto zistenia naznačujú prepojenie medzi správaním pri sledovaní tváre a slova a diferenciálnym vývojom pRF vo vizuálnej kôre, potenciálne v dôsledku konkurencie v oblasti foveálneho pokrytia.

    Abstrakt

    Receptívne polia (RF) spracúvajúce informácie v obmedzených častiach zorného poľa sú kľúčovou vlastnosťou neurónov zrakového systému. Ako sa však RF vyvíjajú u ľudí, nie je známe. Pomocou modelovania fMRI a populačného receptívneho poľa (pRF) u detí a dospelých určujeme, kde a ako sa pRF vyvíjajú vo ventrálnom vizuálnom prúde. Tu uvádzame, že vlastnosti pRF v mapách zorného poľa, od prvej vizuálnej oblasti V1 až po prvú ventro-okcipitálnu oblasť VO1, sú podobné dospelým do veku 5. Avšak vlastnosti pRF v tvárovo selektívnych a charakterovo selektívnych oblastiach vyvinúť do dospelosti, čím sa zvýši skreslenie foveálneho pokrytia pre tváre v pravej hemisfére a slová v ľavej hemisfére. Sledovanie očí naznačuje, že zmeny pRF súvisia s meniacimi sa vzormi fixácie slov a tvárí v celom vývoji. Tieto zistenia naznačujú prepojenie medzi správaním pri sledovaní tváre a slova a diferenciálnym vývojom pRF vo vizuálnej kôre, potenciálne v dôsledku konkurencie v oblasti foveálneho pokrytia.

    Abstrakt

    Ústredným cieľom neurovedy je pochopiť, ako spracovanie vo ventrálnom vizuálnom prúde umožňuje rýchle a robustné vnímanie a rozpoznávanie. Nedávne neurovedecké objavy výrazne pokročili v chápaní funkcie, štruktúry a výpočtov pozdĺž ventrálneho vizuálneho toku, ktorý slúži ako infraštruktúra podporujúca toto správanie. Paralelne s tým významný pokrok vo výpočtových modeloch, ako sú hierarchické hlboké neurónové siete (DNN), priniesol výkon stroja na úroveň, ktorá je úmerná výkonu človeka. Tu navrhujeme nový rámec využívajúci sieť ventrálnych tvárí ako modelový systém na ilustráciu toho, ako zvýšenie nervovej presnosti súčasných DNN môže umožniť vedcom testovať výpočtové výhody funkčnej architektúry ľudského mozgu. Recenzia teda (i) zvažuje špecifické neurálne implementačné vlastnosti siete ventrálnych tvárí, (ii) popisuje podobnosti a rozdiely medzi funkčnou architektúrou mozgu a DNN a (iii) poskytuje hypotézu pre výpočtovú hodnotu implementačných funkcií v rámci mozog, ktorý môže zlepšiť výkonnosť DNN. Čo je dôležité, tento nový rámec podporuje začlenenie neurovedeckých zistení do DNN s cieľom otestovať výpočtové výhody základných organizačných vlastností vizuálneho systému.

    Abstrakt

    Parahippocampal place area (PPA) je široko študovaná vizuálna oblasť na vysokej úrovni v ľudskom mozgu, ktorá sa podieľa na spracovaní miesta a scény. Cieľom tejto štúdie bolo identifikovať najpravdepodobnejšie umiestnenie miestne selektívnych voxelov v mediálnej ventrálnej temporálnej kôre. Na dosiahnutie tohto cieľa sme najskôr použili zarovnanie na báze kôry (CBA), aby sme z jednej skupiny 12 účastníkov vytvorili pravdepodobnostný priestorovo selektívny región záujmu (ROI). Potom sme testovali, ako dobre táto NI mohla predpovedať selektivitu miest na každej pologuli v rámci novej skupiny 12 účastníkov. Naše výsledky ukazujú, že pravdepodobnostná návratnosť investícií (pROI) generovaná z jednej skupiny 12 účastníkov presne predpovedá polohu a funkčnú selektivitu v jednotlivých mozgoch z novej skupiny 12 účastníkov, a to napriek variabilite subjektu v presnej polohe miestne selektívnych voxelov vzhľadom na skladanie parahippocampálnej kôry. Presnosť predikcie nášho pROI je navyše výrazne vyššia, ako je presnosť dosiahnutá zarovnaním Talairach na základe objemu. Porovnanie umiestnenia pROI PPA v porovnaní s publikovanými údajmi od viac ako 500 účastníkov, vrátane údajov z projektu Human Connectome Project, ukazuje pozoruhodnú konvergenciu predpovedanej polohy PPA a kortikálnej polohy voxelov vykazujúcich najvyššiu selektivitu miest v rámci štúdií. pomocou rôznych metód a podnetov. Konkrétne najpredpovedanejšie anatomické umiestnenie voxelov vykazujúce najvyššiu selektivitu miesta v mediálnej ventrálnej temporálnej kôre je spojenie kolaterálnych a predných lingválnych sulci. Metodologicky robíme tento pROI voľne dostupný (vpnl.stanford.edu/PlaceSelectivity), ktorý poskytuje prostriedky na presnú identifikáciu funkčnej oblasti z anatomických údajov MRI, keď nie sú k dispozícii údaje fMRI (napríklad v populáciách pacientov). Teoreticky zvažujeme rôzne anatomické a funkčné faktory, ktoré môžu prispieť k konzistentnému anatomickému umiestneniu selektivity miest v porovnaní so skladaním vizuálnej kôry na vysokej úrovni.

    Abstrakt

    Ako sa kortikálne tkanivo mení, keď sa funkcia a správanie mozgu zlepšuje od detstva do dospelosti? Kombináciou kvantitatívneho a funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou u detí a dospelých nachádzame rozdielny vývoj vizuálnych oblastí na vysokej úrovni, ktoré sa podieľajú na rozpoznávaní tváre a miesta. Rozvoju oblastí selektívnych na tvár, ale nie miestne selektívnych oblastí, dominuje mikroštrukturálna proliferácia. Tento vývoj tkaniva koreluje so špecifickým zvýšením funkčnej selektivity voči tváram, ako aj so zlepšením rozpoznávania tváre a v konečnom dôsledku vedie k diferencovaným vlastnostiam tkaniva medzi oblasťami selektívnymi pre tvár a miesto v dospelosti, ktoré overujeme postmortálnym cytoarchitektonickým meraním. Tieto údaje naznačujú nový model, podľa ktorého vznikajúce mozgové funkcie a správanie vyplývajú skôr z proliferácie kortikálneho tkaniva, a nie výlučne z orezávania.