Informacja

Czy drgania neuronowe mają tę samą częstotliwość we wszystkich częściach mózgu jednocześnie?

Czy drgania neuronowe mają tę samą częstotliwość we wszystkich częściach mózgu jednocześnie?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Czy drgania neuronowe występują w tym samym tempie we wszystkich częściach mózgu w danym czasie?

Próbuję uczyć się i rozumieć fale mózgowe i znam różne kategorie fal mózgowych. Dlatego moje pytanie brzmi, czy wszystkie części mózgu działają z tą samą częstotliwością w danym momencie, czy też niektóre części działają na przykład z częstotliwością delta, a inne z częstotliwością alfa? Czy różne rodzaje fal mózgowych występują jednocześnie, czy zawsze cały mózg działa na jednej częstotliwości?


Oscylacje neuronalne występują zarówno na poziomie komórkowym, jak i na poziomie makroskali, który zwykle określa się mianem fal mózgowych.

Badanie aktywności mózgu w makroskali, a zwłaszcza fal mózgowych, często odbywa się za pomocą EEG, które ma słabą rozdzielczość i cierpi na tłumienie. Aktywacja EEG jest tak naprawdę spowodowana ogromną liczbą neuronów. W związku z tym reprezentuje bardzo szorstki, uśredniony obraz bieżącej działalności. Tak więc, nawet jeśli EEG wykazuje ładną płynną zmienność, poszczególne neurony są daleko od tego! Oczywiście od niedawna coraz częściej stosuje się inne metody (np. fMRI).

Moje pytanie brzmi, czy wszystkie części mózgu działają z tą samą częstotliwością w danym momencie, czy też niektóre części działają na przykład z częstotliwością delta, a inne z częstotliwością alfa? Czy różne rodzaje fal mózgowych występują jednocześnie, czy zawsze cały mózg działa na jednej częstotliwości?

Nie, jak powiedziałem, większość badań dotyczy konkretnie obszarów korowych. Ale nawet w korze mózgowej aktywność mózgu jest bardzo skomplikowana iz pewnością nie podlega żadnej częstotliwości. (W rzeczywistości, kiedy ta nadmierna synchronizacja ma miejsce, nazywa się to napadem padaczkowym! np. patrz Garcia-Hernandez i in., Zrozumienie synchronizacji i hipersynchronizacji w układzie przegrodowo-hipokampowym).

W każdym razie wyobraź sobie aktywność mózgu mierzoną w czasie. Następnie przyglądamy się składowym częstotliwości (np. za pomocą analizy Fouriera). Zobacz m.in. Brutto, Metody analityczne i podejścia eksperymentalne do elektrofizjologicznych badań drgań mózgu dla szczegółów. Zauważ, że te metody zwykle dają „siłę” aktywności w całym spektrum częstotliwości. Kiedy pojawiają się fale mózgowe, mówimy tylko, że aktywność jest stężony w określonym paśmie częstotliwości. Często jest rozmazany w całym paśmie, a aktywność zwykle występuje w całym spektrum.

Zależy to również od rozdzielczości przestrzennej analizy częstotliwości. Niektóre badania dotyczą, powiedzmy, tylko hipokampu. Więc tak, jest całkiem możliwe, że niektóre mózgi działają z jedną częstotliwością, a inne z inną. Albo można by uśrednić całą korę. To zależy od badania!

Tak więc we wszystkich przypadkach wszystko jest bardziej niejednorodne, niż mogłoby się wydawać.

Trochę literatury do przeczytania:

  • Włócznia, Dynamiczne modele wielkoskalowej aktywności mózgu
  • Varela i in., Sieć mózgów: synchronizacja faz i integracja na dużą skalę
  • Salinas i in., Skorelowana aktywność neuronowa i przepływ informacji neuronowych

Rozwój umiejętności społecznych u dzieci: neuronalne i behawioralne dowody na opracowanie modeli poznawczych

Umiejętności społeczne odnoszą się do szerokiej grupy umiejętności, które pozwalają nam na interakcję i komunikację z innymi. Dzieci uczą się, jak rozwiązywać sytuacje społeczne, przewidując i rozumiejąc zachowania innych. Sposób, w jaki ludzie uczą się skutecznie współdziałać z innymi, obejmuje złożoną interakcję między elementami neuronalnymi, behawioralnymi i środowiskowymi. Odgrywają one rolę w osiąganiu pozytywnych wyników rozwojowych, w tym akceptacji rówieśników, osiągnięć w nauce i zdrowia psychicznego. Wszystkie te zdolności społeczne zależą od rozległych sieci mózgowych, które są ostatnio badane przez neuronaukę. W tym artykule najpierw dokonamy przeglądu badań na ten temat, mając na celu wyjaśnienie behawioralnych i neuronalnych mechanizmów związanych z nabywaniem umiejętności społecznych w okresie niemowlęcym i ich pojawianiem się w czasie. Po drugie, krótko opiszemy, w jaki sposób choroby rozwojowe, takie jak zaburzenia ze spektrum autyzmu (ASD), mogą informować o neurobiologicznych mechanizmach umiejętności społecznych. Na koniec zarysowujemy ogólne ramy dla opracowania modeli poznawczych w celu ułatwienia zrozumienia rozwoju społecznego człowieka.


Abstrakcyjny

Wykazano, że aktywność mózgu wielu osób synchronizuje się podczas istotnych momentów naturalnych bodźców, co sugeruje, że korelacja odpowiedzi neuronalnych wskazuje na stan mózgu operacyjnie nazywany „zaangażowaniem”. Podczas gdy wcześniejsze badania elektroencefalograficzne (EEG) uwzględniały zarówno bodźce słuchowe, jak i wzrokowe, stopień, w jakim te wyniki uogólniają się na muzykę – bodziec o strukturze czasowej, dla którego mózg wyewoluował wyspecjalizowane obwody – jest mniej rozumiany. Tutaj zbadaliśmy korelację neuronalną podczas naturalnego słuchania muzyki, rejestrując odpowiedzi EEG od N = 48 dorosłych słuchaczy, gdy słyszeli utwory muzyczne z prawdziwego świata, z których niektóre zostały tymczasowo zakłócone przez przetasowanie krótkoterminowych segmentów (miar), odwrócenie lub randomizację widma fazowe. Zmierzyliśmy korelację między wieloma odpowiedziami neuronowymi (korelacja międzyobiektowa) oraz między odpowiedziami neuronowymi a fluktuacjami obwiedni bodźca (korelacja bodziec-odpowiedź) w dziedzinie czasu i częstotliwości. Bodźce zachowujące podstawowe cechy muzyczne, takie jak rytm i melodia, wywoływały znacznie wyższe oceny behawioralne i korelację neuronalną niż w przypadku kontroli z mieszaną fazą. Jednakże, podczas gdy nieedytowane piosenki były zgłaszane przez samych siebie jako najprzyjemniejsze, korelacje w dziedzinie czasu były najwyższe w wersjach z przetasowaniem miar. Miary korelacji (koherencji) w dziedzinie częstotliwości osiągały szczyty przy częstotliwościach związanych z rytmem muzycznym, chociaż wielkości tych pików widmowych nie wyjaśniały obserwowanych korelacji czasowych. Nasze odkrycia pokazują, że naturalna muzyka wywołuje istotne korelacje między podmiotami i bodziec-odpowiedź i sugerują, że neuronalne korelaty muzycznego „zaangażowania” mogą różnić się od tych związanych z przyjemnością.


Wstęp

W ciągu ostatnich trzech dekad pojawienie się i rozwój nowych procedur naukowych, takich jak funkcjonalne obrazowanie rezonansem magnetycznym (fMRI) i pozytonowa tomografia emisyjna (PET), umożliwiły neurologom badanie aktywności żywego mózgu. Metody te są szeroko stosowane do określania aktywacji obszarów mózgu w związku z określonymi funkcjami poznawczymi. Chociaż te narzędzia badań naukowych mają znaczne ograniczenia pod względem rozdzielczości czasowej (Raichle, 1998 Logothetis i Wandell, 2004), to jednak mają dobre wyniki w rozdzielczości przestrzennej. Programy badawcze na całym świecie wykorzystywały je do identyfikowania z akceptowalnym stopniem dokładności neuronalnych korelatów dowolnego aspektu aktywności umysłowej. Wynik tego ogromnego przedsięwzięcia zależy nie tylko od technologicznej mocy tych instrumentów, ale także od naszej prawidłowej interpretacji wyników neuroobrazowania. W rzeczywistości prawidłowa analiza danych eksperymentalnych ma fundamentalne znaczenie, zwłaszcza gdy badane są funkcje poznawcze człowieka.

Korelaty neuronowe można opisywać w bardzo różnych skalach, w zależności od zastosowanej metody. Techniki elektrofizjologiczne pozwalają rejestrować sygnał nawet z pojedynczej komórki, a macierze neuronalne mogą śledzić interakcje w czasie rzeczywistym w tej samej mikroskali. Z drugiej strony, instrumenty neuroobrazowania są przydatne do badania zjawisk od mezo do makroskali. Badania MRI nieustannie starają się poprawić rozdzielczość przestrzenną poprzez zmniejszenie rozmiaru wokseli, jednak rozdzielczość przestrzenna nadal pozostaje bardzo daleka od szczegółów komórkowych. Metody fMRI pozwalają badać funkcje mózgu w dwóch warunkach: stanu spoczynku i zadania. W stanie spoczynku możemy analizować spontaniczną aktywność (którą czasami określa się jako „aktywność wrodzoną”) mózgu, gdy podmiot nie jest zaangażowany w określone zadanie (Biswal, 2012). Podczas warunku zadania (czasem określanego jako „aktywność zewnętrzna”) możemy analizować stan mózgu jednostki, gdy jest ona zaangażowana w paradygmat eksperymentalny, który często wiąże się z prezentacją bodźców sensorycznych (Clark , 2012) – dla szczegółowego porównania tych dwóch warunków patrz Smitha et al. (2017). Zarówno eksperymenty w stanie spoczynku, jak i eksperymenty zadaniowe często opierają się na pomiarze tak zwanego efektu zależnego od poziomu natlenienia krwi (BOLD) (Ogawa i wsp., 1992). Sygnał BOLD reprezentuje zmiany w poziomie natlenienia regionu mózgu związanego z aktywacjami neuronów (Pike, 2012). W związku z tym ma z grubsza odzwierciedlać podstawową aktywność elektryczną, chociaż sprzężenie nerwowo-naczyniowe jest nadal otwartym tematem debaty (Pike, 2012). Ponieważ sygnał BOLD jest quasi-ilościowym i pośrednim pomiarem tych aktywacji (Pike, 2012 Robertson i Williams, 2016), fMRI nie pozwala sensu stricte bezpośrednia manipulacja wyładowaniami neuronalnymi. Jednak w warunkach zadaniowych przyjmuje się, że zmiany sygnału BOLD na krótko przed prezentacją bodźca korelują z aktywnością mózgu związaną z przetwarzaniem tego bodźca. Stąd fMRI może w pewnym stopniu pozwolić na wykrycie efektu z powodu trwającej manipulacji.

Kolejne, bardziej rygorystyczne pytanie dotyczy specyfiki interpretacji wzorca aktywności mózgu w kategoriach funkcji umysłowych. Innymi słowy, jak pewni możemy być, gdy przypisujemy obserwowanemu wzorcowi aktywacji określoną funkcję? Często nazywa się to „wnioskowaniem odwrotnym” i rozprawa na ten temat wykracza poza zakres tego przeglądu (pogłębiona analiza zob. Cauda i in., 2019). Obecnie trwa debata na temat możliwości i trudności wnioskowania odwrotnego, obejmująca nie tylko aspekty neuronaukowe, ale także filozoficzne i matematyczne. Jednak ta metoda powinna być stosowana z ostrożnością w przypadku danych z neuroobrazowania (Poldrack, 2006).

Teoretycznie wszystkie czynności umysłowe mogą być odwzorowane w mózgu i powiązane z określonym korelatem neuronalnym (Nani i in., 2013). Ta postawa neuronalna (Lamme, 2006) ma być podstawą badań neurologicznych: zmiana w umyśle (tutaj szeroko rozumiana jako zbiór wszystkich procesów intelektualnych zdolnych do wytworzenia manifestacji behawioralnych, myśli i uczuć) musi być zawsze towarzyszy zmiana w mózgu. Jeśli jednak jest to teraz bezdyskusyjne, nie jest odwrotnie: zmianie w mózgu nie zawsze może towarzyszyć zmiana w umyśle. Innymi słowy, związek między umysłem a mózgiem wydaje się nie być symetryczny. Z perspektywy makro, różne funkcje umysłowe powinny być powiązane z różnymi korelatami neuronalnymi, jednak różne korelaty neuronalne mogą być powiązane z tą samą funkcją umysłową (na przykład ból może być przetwarzany i odczuwany inaczej w zależności od osoby, a nawet przez tę samą osobę w różnym czasie). Co więcej, pojawia się trudne pytanie, jak pojęciowo odróżnić funkcję umysłową od innych. Czy dwie funkcje umysłowe są naprawdę odrębne, czy jedna może podporządkować sobie drugą? Idealnie byłoby, gdybyśmy byli w stanie je jasno zdefiniować, co zdarza się bardzo rzadko (na przykład pamięć została z powodzeniem podzielona na różne typy – krótkoterminowe, długoterminowe, epizodyczne, semantyczne, proceduralne itp. – , ale inne funkcje umysłowe, takie jak język, są tak wieloaspektowe i złożone, że wymykają się jakiejkolwiek próbie precyzyjnej klasyfikacji). W świetle tych teoretycznych rozterek wciąż jest kontrowersyjne, czy konkretne korelaty neuronalne można dokładnie dopasować do każdego z licznych i różnorodnych aspektów ludzkiego umysłu.

Możemy zobaczyć, jak zagadnienia teoretyczne i empiryczne są gęsto splecione w dążeniu do zrozumienia świadomości i uwagi (Koch, 2006). Chociaż badania po obu stronach były szeroko zakrojone, jak dotąd nie ma zgody co do ich definicji. Niektórzy autorzy uważają uwagę za strażnika przy bramie świadomości (Zeman, 2001), podstawowy warunek wstępny do bycia świadomym czegoś (James, 1890 Posner, 1994 Velmans, 2000 O’Regan i Noe, 2001). Zgodnie z tym poglądem uwagę należy traktować jako rodzaj świadomości ogniskowej, a w konsekwencji pojęcie uwagi powinno być zaabsorbowane pojęciem świadomości. W przeciwieństwie do tego, inni badacze dostarczyli dowodów, że świadomość i uwaga mogą być odrębnymi i oddzielnymi procesami zachodzącymi w mózgu (Baars, 1997 Damasio, 1999 Koch i Tsuchiya, 2007 Dehaene i Changeux, 2011). Zgodnie z tym poglądem, chociaż do uzyskania pełnego świadomego dostępu do bodźców potrzebujemy selekcji uwagi, uwaga i świadomość powinny być traktowane jako dysocjacyjne procesy mózgowe i dlatego powinniśmy zachować ich rozróżnienie na poziomie pojęciowym.

Przynajmniej z psychologicznego punktu widzenia można argumentować, że świadomość i uwaga wydają się odnosić do różnych pojęć i czynności umysłowych. Świadomość jest etykietą szerszą niż uwaga, do tego stopnia, że ​​możemy z grubsza wyróżnić co najmniej trzy ogólne koncepcje świadomości: świadomość jako „stan przebudzenia”, świadomość jako „doświadczenie” i świadomość jako „umysł”. #x2019 (Zeman, 2001). Ale możliwe są inne rozróżnienia. Na przykład, biorąc pod uwagę jej różną zawartość, możemy wyróżnić „świadomość fenomenalną” i „świadomość dostępową” (Block, 1995). Pierwsza z nich związana jest z tym, jak jawi się nam rzeczywistość, druga z poznawczą dostępnością pewnych informacji. W niniejszym przeglądzie przyjmiemy to rozróżnienie i ramy dwóch wymiarów świadomości, czyli wymiaru czuwania i wymiaru treści świadomego doświadczenia (Cavanna i in., 2013). Świadomość fenomenalną traktujemy jako sposób, w jaki jawi się nam świat, czyli zbiór wszystkich możliwych jakościowych cech rzeczywistości. Z kolei świadomość dostępu traktujemy jako dostępność określonej treści świadomości, której możemy stać się ogniskowo świadomymi. Te dwa aspekty świadomości (fenomenalny i ogniskowy) łączą się ze sobą pod kontrolą uwagi i mogą znaleźć swoje miejsce na wykresie kartezjańskim na przecięciu dwóch punktów, jednego związanego z poziomem czuwania, czujności lub czujności, a drugiego związane z poziomem intensywności, wyrazistości i ogniskowości każdego fenomenalnego materiału. Teoretycznie każdy stopień świadomego doświadczenia może być reprezentowany w tej dwuwymiarowej przestrzeni (ryc. 1).

Rysunek 1. Dwuwymiarowa reprezentacja świadomości. ten x oś reprezentuje Treść Świadomości, której doświadczenie może różnić się wyrazistością. ten Tak oś reprezentuje Poziom Świadomości, czuwania, czujności lub pobudzenia. Warunki kliniczne są zaznaczone na czerwono, podczas gdy normalne stany fizjologiczne na żółto. Linie ciągłe wskazują przejścia między stanami, które wymagają zmiany zarówno treści, jak i poziomu świadomości. Odwrotnie, linie przerywane wskazują przejścia, dla których jeden wymiar pozostaje stały.

Pojęcie uwagi jest nie mniej jasne, ale można je analitycznie przesiać tak samo jak pojęcie świadomości. Uwaga może być selektywna, to znaczy może być skoncentrowana na określonym bodźcu lub przedmiocie świata. Może być egzogenna, gdy jest wywoływana przez bodziec zewnętrzny, lub endogenna, gdy jest wywoływana przez bodziec wewnętrzny. Może być mimowolny, jeśli jest zniewolony nagłym i nagłym bodźcem, lub może być dobrowolny, jeśli celowo koncentruje się na określonej rzeczy. Uwaga może trwać bardzo krótko, przechodząc od bodźca do bodźca, lub może być utrzymywana przez długi czas w kierunku określonego obiektu. Z drugiej strony świadomość wydaje się nie mieć tych atrybutów. Po pierwsze, świadome stany nie są pod kontrolą woli. Chociaż świadome stany mogą być do pewnego stopnia modulowane przez substancje takie jak narkotyki i alkohol, przez praktykę taką jak medytacja (Manuello et al., 2016) oraz przez samą uwagę, która selektywnie przetwarza informacje, które w ten sposób mogą wejść w świadome doświadczenie i #x2013, po prostu zdarza się nam być świadomym każdego ranka, kiedy budzimy się ze snu. Natomiast sama świadomość wydaje się być warunkiem wstępnym do wywierania dobrowolnej kontroli nad zachowaniem. Po drugie, świadomość wydaje się być samopodtrzymującym się procesem (strumieniem lub przepływem), który rozciąga się przez dwa wymiary, wymiar poziomu czujności lub pobudzenia oraz wymiar zawartości (Nani i in., 2013 Cavanna i Nani, 2014). W obrębie tych dwóch wymiarów możliwe jest posiadanie różnego stopnia świadomości, w zależności od tego, jak bardzo przebudzona osoba jest czujna, czujna lub pobudzona oraz od tego, jak żywa i intensywna jest treść doznania.

Koncepcje uwagi i świadomości można zatem oddzielić psychologicznie. Teraz chodzi o sprawdzenie, czy rozróżnienie na poziomie konceptualnym można utrzymać na poziomie neurofizjologicznym. Czy świadomość i uwaga mają różne korelaty neuronalne? Jeśli tak, jaki jest związek między tymi dwiema funkcjami? Czy można wzbudzić uwagę u osób o nieświadomej percepcji? I odwrotnie, czy są przypadki, w których świadomość może wystąpić bez uwagi?

Na przestrzeni lat przeprowadzono kilka eksperymentów, aby odpowiedzieć na te pytania. Niniejszy artykuł omawia kwestie koncepcyjne, które wywołują debatę na temat dysocjacji świadomości i uwagi, oraz przegląda najbardziej istotne badania w literaturze neuronaukowej, które próbowały zidentyfikować neuralne korelaty leżące u podstaw tych procesów. W świetle wyników tych badań w ostatniej części zaproponowano model neuronalnej interakcji między świadomością a uwagą, zdolny do pogodzenia różnych pozycji.


Oscylujące organoidy: opublikowano drugi artykuł badawczy!

Z perspektywy czasu był pech, a także błędy z naszej strony. Ale ogólnie rzecz biorąc, i tylko dlatego, że teraz oficjalnie się skończyła, mogę powiedzieć, że było to wspaniałe doświadczenie edukacyjne. Nie sraj, pewnej nocy śniło mi się, że organoid wyrósł na kulę wielkości głazu i dosłownie turlał się, goniąc mnie.

Ryszard Gao

Poszukiwanie umysłu w mózgu (a czasem w innych rzeczach). Myśli są moimi przeszłymi ja i mają ukrytą datę ważności.

Co jakiś czas mama mówi mi, że jestem największym osiągnięciem moich rodziców, ale nie jestem pewna, czy to cała prawda. Gdybym miał zgadywać, powiedziałbym, że byli zachwyceni, gdy byłem w wieku 0-12 lat.Potem powoli przekształciłem się w najbardziej nieznośną prawie ludzką istotę na 6 do 8 długich lat między szkołą średnią a pierwszymi licencjatami, podczas których musieli sobie pomyśleć: „to był ogromny błąd”. Potem nagle ten gówniany dzieciak skończył studia i zaczyna doktorat i nie wydaje się już być ogólnie okropną osobą (już), więc może nie było tak źle.

Nie wiem, czy tak moi rodzice mówiliby o wychowaniu mnie, ale dokładnie tak myślę o tym demonicznym dziecku z gazety, które wreszcie wyszedł w Cell Stem Cell w zeszłym tygodniu. Po całym roku otępienia ze strony recenzentów i odmów, najwyraźniej zamrugałem zbyt szybko i został opublikowany w zeszłym tygodniu, kiedy byłem poza domem w Lizbonie, objadając się pasteis de nata.

W tym wpisie opisuję 5-letnią sagę tego projektu. Myślę, że to zgrabna opowieść o jakiejś super ciekawej nauce, ale też osobiście tragiczna, a jednocześnie dość wnikliwe spojrzenie na naukę i interdyscyplinarne badania. Jeśli nie chcesz czytać historii zakulisowej, przejdź do 2016-2017 oraz 2018-2019 rozdziały zawierające wyjaśnienie najważniejszych analiz. Alternatywnie, przeczytaj bardzo przekonujący, ale zwięzły i dokładny artykuł New York Times, który wyjaśnia główne wyniki bez szczegółów technicznych. Ale obiecuję ci, historia jest tego warta i jest nieocenzurowana.

Po moim pierwszym artykule nie sądziłem, że można mieć trudniejsze publikowanie. Chłopcze, myliłem się. Z perspektywy czasu był pech, a także błędy z naszej strony. Ale ogólnie rzecz biorąc, i tylko ponieważ to już oficjalnie zakończone, mogę powiedzieć, że było to wspaniałe doświadczenie edukacyjne. Nie sraj, pewnej nocy śniło mi się, że organoid wyrósł na kulę wielkości głazu i dosłownie turlał się, goniąc mnie. Aby dać wam poczucie naszej zbiorowej ulgi, oto teksty, które dostałem od Clebera i Brada kilka minut po tym, jak usłyszeliśmy, że został ostatecznie zaakceptowany na początku lipca:

TLDR: my (przez co mam na myśli Pri i Cleber) hodowaliśmy organoidy mózgowe pochodzące z komórek macierzystych, które rozwinęły spontaniczne oscylacje 2-3 Hz, które dojrzewały z czasem. Te oscylacje są widoczne w większości organizmów ssaków, ale wcześniej nie były obserwowane w kulturach in vitro (nie licząc preparatów na plasterki). Jeśli ty zez naprawdę mocno, przez pryzmat prostego, uregulowanego modelu regresji, trajektoria rozwojowa tych cech elektrycznych wygląda trochę podobnie do trajektorii wcześniaków ludzkich w tym samym okresie (25-38 tygodni). I nie, nie budujemy z nimi robotów bojowych i naprawdę nie sądzę, że są bardziej świadome niż kawałek gluty, a dokładnie tak wyglądają, ale zagłębimy się w to również bardziej szczegółowo na końcu.

2014-2016: Kultury 2D i paluszki sałatkowe

Historia zaczęła się we wrześniu 2014 roku, prawie dokładnie 5 lat temu. Podczas mojego pierwszego spotkania doktoranckiego z Bradem powiedział mi, że w kampusie jest grupa, która pobiera komórki ludzkiej skóry i przeprogramowuje je na komórki macierzyste (indukowane pluoripotencjalne komórki macierzyste, iPSC), a następnie zamienia je w neurony. Skontaktowali się z Bradem, który właśnie założył nasze laboratorium, ponieważ chcieli porównać aktywność elektryczną neuronów pochodzących z iPSC dzieci z różnymi zaburzeniami rozwojowymi z ich własnymi zapisami EEG, jako lepszy model np. autyzmu. Zapytał, czy chcę z nimi pracować, a ja byłem jak ludzka tkanka mózgowa wyhodowana z ich własnych komórek, z ich własnym DNA i porównana z ich własnymi falami mózgowymi? Robisz ze mnie, prawda? To jest dosłowna magia. Nie miałem pojęcia, że ​​możliwe jest nawet przekształcenie zróżnicowanych komórek z powrotem w komórki macierzyste, co z pewnością wydawało mi się nagrodą Nobla (w rzeczywistości było to w 2012 roku). Cóż, nie mogłem odmówić i tak rozpoczęła się nasza współpraca z laboratorium Alysson Muotri w Sanford Consortium.

Zacząłem wtedy pracować z doktorantem w jego laboratorium, Jerome'em, który później stał się naprawdę bliskim przyjacielem. Przez te pierwsze dwa lata nie używaliśmy jeszcze organoidów, ale technologia się rozwijała (Lacaster 2013). Jerome hodował kultury 2D z ludzkich neuronów pochodzących z iPSC, a później z neurosfer. Ludzie pracowali z kulturami 2D od wieków, głównie przy użyciu neuronów wyekstrahowanych z mózgów myszy tuż przy urodzeniu, zbierając kawałek tkanki mózgowej, która już utworzyła sieci, rozpuszczając je i umieszczając na szalce Petriego, aby przywrócić naiwne sieci. Innowacją tutaj jest to, że oczywiście używaliśmy ludzkich komórek, które początkowo były komórkami macierzystymi. Zasadniczo bierzesz iPSC, umieszczasz je na płytkach, karmisz różnymi czynnikami wzrostu i stają się neuronalnymi komórkami progenitorowymi (NPC), podobnymi do tych połowicznych komórek przedneuronowych. Następnie wybierasz najlepiej wyglądające kolonie NPC w ciągu kilku cykli i ponownie je zasiewasz, ostatecznie uzyskując porcję dobrych komórek progenitorowych, które rozwiną się w neurony. Następnie neurony łączą się w sieci i coś się dzieje. Jerome mnie w tym szkolił, ale to było jakieś 4 lata temu, więc niewiele pamiętam, po prostu wiem, że jeśli zbierzesz i wybierzesz złą partię, cała kolonia zacznie się zamieniać w komórki skóry.

Jak już wiesz, moje wyrafinowanie w biologii jest (rosnące, ale) raczej ograniczone. Moją rolą w tym procesie była analiza nagrań elektrycznych z tych kultur. Zamiast umieszczać komórki na zwykłej szalce Petriego, umieściliby je na matrycy wieloelektrodowej (MEA), która jest po prostu maleńką płytką z kilkoma elektrodami na spodzie, aby rejestrować potencjały czynnościowe neuronów. Cały powód, dla którego zostałem sprowadzony, był taki, że nasze laboratorium zajmuje się przetwarzaniem sygnałów neuronowych i chociaż oprogramowanie dostarczane z systemem MEA miało kilka narzędzi analitycznych, były to dość proste wskaźniki, takie jak średnia szybkość wypalania i miary ISI.

To ja.

Wiedząc, że w pewnym momencie chcieliśmy porównać z EEG (bez konkretnego pomysłu, jak w tym momencie), musieliśmy również zarejestrować lokalne potencjały pola (LFP) dla oscylacji. Oznaczało to jedynie zarejestrowanie całego sygnału MEA i oddzielne przyjrzenie się niskiej częstotliwości (LFP) i wysokiej częstotliwości (skoki), gdzie ludzie zazwyczaj ignorują te pierwsze. Nic nadzwyczajnego, po prostu filtr górnoprzepustowy, aktywność wielu jednostek i przyjrzenie się całkowitej populacji wystrzeliwanej we wszystkich kanałach, ponieważ te MEA nie były wystarczająco gęste, aby sortować na przypuszczalne pojedyncze neurony. W przypadku LFP spojrzałbym na widmo mocy pod kątem wszelkich nierówności nad tłem i szukałem oczywistych oscylacji w autokorelacji. Potok brzmi dość prosto, ale mój kod MATLAB sprawił, że chciałem cofnąć się w czasie i udusić się.

Komórki leżące na płaskiej matrycy elektrod emitują szybkie potencjały czynnościowe i wolne lokalne potencjały pola, które można oddzielnie rejestrować i analizować za pomocą filtrowania cyfrowego. Dodaj wszystkie kolce razem, a otrzymasz wystrzelenie populacji.

A więc to właśnie robiliśmy przez jakiś czas: Jerome robił kilka nagrań, a ja je oglądałem. Tak naprawdę nie znaleźliśmy nic ciekawego, a na pewno żadnych oscylacji. Myślałem, że skoro istnieje mała sieć komórek pobudzających i hamujących, to przynajmniej uzyskamy lokalne oscylacje gamma. Nie. Wszystkie te kultury wypluwały te sporadyczne i zsynchronizowane wybuchy, z różnym opóźnieniem i rekrutacją neuronów, ale nie było żadnej drobnej struktury czasowej, a impuls aktywności po prostu zanikał płynnie w ciągu kilkuset milisekund (prawy panel na rysunku). nad). Nie było to zaskakujące, poprzednie artykuły z kulturami myszy również to widziały. To wydawało się być jedyną możliwą spontaniczną dynamiką z tych sieci i nie różniła się jakościowo, nawet jeśli zasiać sieć o wiele więcej neuronów. Jerome kończył swoją pracę magisterską na temat wykorzystania tych dwuwymiarowych kultur ludzkich iPSC do modelowania chorób mózgu, a ja pracowałem nad własnymi projektami w moim laboratorium, od czasu do czasu pomagając mu w tych analizach. Płacił mi pizzą i piwem, więc życie było w porządku.

2016: Od sieci 2D do mózgowych kul 3D

Po tym, jak Jerome obronił doktorat, zacząłem pracować z Pri i Cleberem (dwóm doktorem w laboratorium Muotri) robiąc mniej więcej to samo, co wcześniej. Używali jednak tego fajnego nowego protokołu do wytwarzania organoidów mózgowych. Nie miałem pojęcia, co to znaczy. Wiedziałem, czym są organoidy, ponieważ jeszcze na studiach miałem przypadkowe zadanie dotyczące projektowania przeszczepialnych organoidów trzustkowych. Ale jeśli chodzi o to, czym organoidy mózgu różnią się od kultur 2D, nie byłem do końca pewien i szczerze mówiąc, nie obchodziło mnie to, ponieważ wciąż czekałem, aż te sieci zrobią coś innego. Uwaga, spoiler: tak.

Główna różnica w protokole organoidowym polega na tym, że zamiast powlekania iPSC i czekania, aż uformują się neuronalne komórki progenitorowe, a następnie neurony, iPSC są utrzymywane w zawiesinie (poprzez rotację) jako komórki macierzyste. Przy odpowiednim magicznym sosie (czynniki wzrostu) cały proces rozwoju odbywa się w tej trójwymiarowej formie, w której komórki macierzyste naturalnie zbijają się razem, a te w pobliżu centrum zaczynają się „naturalnie” różnicować i ostatecznie migrować, tworząc te „kolumny korowe” Struktury. Mówię „naturalnie”, ponieważ oczywiście dostarczamy te czynniki wzrostu, które byłyby naturalnie wytwarzane w zarodku. Jest to jednak całkiem wygodny przełom, ponieważ oznaczało to, że nie trzeba było godzinami siedzieć przy mikroskopie, zbierając ładnie wyglądające rozety NPC. Co więcej, jest to bardziej podobne do rozwoju neurologicznego in-vivo, chociaż w tym przypadku komórki są zachęcane do specyficznego przekształcania się w neurony korowe, stąd brak jakichkolwiek cech podkorowych lub obwodowego układu nerwowego. Wcześniejsze i kolejne badania wykazały jednak zdolność do hodowania różnych typów komórek. Rozumiem, że jeśli nie ograniczysz ich sztucznie, po prostu staną się dowolnymi neuronami, podczas gdy możesz podać czynniki wzrostu, aby dokładniej określić ich los. Albo, jak elokwentnie ujął to jeden z ekspertów w artykule w NYT:

Zobacz Lancaster 2017, Quadrato 2017 i Birey 2017. Zwłaszcza w Quadrato 2017, gdzie wygenerowano organoidy z szeroką różnorodnością komórek, które obejmują neurony korowe i – zrozumcie to – światłoczułe komórki siatkówki. Udało im się oświetlić organoidy i zarejestrować wywołaną aktywność. Następnym razem, gdy ktoś daje mi gówno za budowanie robotów mózgowych zombie, najpierw wskazuję mu to badanie, ponieważ że to jakieś dzikie rzeczy. Niemniej jednak, chociaż przeprowadzono kilka badań wykazujących podobieństwa genetyczne i strukturalne do rozwijającego się mózgu i wykorzystujących je jako markery do badania zaburzeń rozwojowych (Pasca 2018), wciąż brakowało ostatniego elementu - dynamiki. Jest to ważne, ponieważ wiemy, że podczas bardzo wczesnego rozwoju (w zarodku i krótko po urodzeniu) mózg spontanicznie generuje rozległe fale oscylacyjne. Odnosi się to do ścieżki wzrokowej i wzdłuż powierzchni korowej (Wong 1993, Garaschuk 2000) i uważa się, że pomaga w niezależne od doświadczenia, ale zależne od aktywności rozwój. Innymi słowy, po przejściu chemicznych etapów sygnalizacji migracji komórek i rozszerzeniach aksonów mózg wymagania aktywność, aby poprawnie podłączyć, więc sama je generuje. I tu zaczyna się prawdziwa historia.

2016-2017: oscylujące organoidy

Ładne zdjęcia.

Więc Pri hoduje te organoidy przez kilka miesięcy i karmi mnie nagraniami MEA, chociaż zawsze wyglądają jak silnie synchroniczna, ale monotonicznie zmniejszająca się aktywność populacji, podobna do powyższej (co w rzeczywistości pochodzi z 2-miesięcznego nagrania organoidów). Pewnego dnia, około września 2016 roku, podarowała mi komplet nagrań z

Organoidy w wieku 4 miesięcy i przeprowadzam rutynowe tempo wypalania populacji i analizę LFP. Jeśli spojrzysz na przebieg 3 minutowego nagrania (w rastrze szczytowym pierwszego schematu), to bardzo oczywiste jest, że są to serie silnie zsynchronizowane - tak samo jak poprzednio.

Po zbliżeniu się do jednego z tych wydarzeń zobaczyłem jednak: malutki drugi wzrost aktywności ludności. Nieco oszołomiony sprawdziłem pozostałe 7 dołków z tej płytki MEA i wszystkie wykazywały oznaki wtórnego piku. Więc chwytam wszystkie okna, w których występują wybuchy sieci (nazywane zdarzeniami w artykule), dopasowuję je do szczytowego czasu odpalania i nakładam na siebie szybkość odpalania populacji z każdego zdarzenia. Staje się wtedy bardzo oczywiste, że maleńkie oscylacje są niewiarygodnie spójne: za każdym razem, gdy wydarza się zdarzenie, dzieje się to w ten sam sposób. Czekamy jeszcze 2 miesiące z zapartym tchem, a zdarzenia te stają się częstsze, bardziej stereotypowe i jeszcze dłużej oscylują z częstotliwością 3 Hz. To, panie i panowie, było w zasadzie całe odkrycie, a rysunki 2 i 3 w artykule bardziej szczegółowo charakteryzują tę trajektorię rozwoju. To samo dotyczy LFP, gdzie moc niskich częstotliwości (odjęta od tła, przez moje prehistoryczne hacky FOOOF) wzrasta w ciągu pierwszych 6 miesięcy, ale jest to również naprawdę oczywiste na oko.

Górny wiersz pokazuje aktywność gwałtownego wzrostu populacji, każdy słaby ślad to jedno wystąpienie zdarzenia. Dolny rząd pokazuje LFP, które jest jakościowo bardziej podobne do tego, co można zmierzyć za pomocą EEG skóry głowy (bez czaszki).

Interesujące jest to, że wydaje się, że po 6 miesiącach ponownie następuje zmiana jakościowa, kiedy te zdarzenia sieciowe zaczynają 1) stają się znacznie częstsze, 2) stają się bardziej zmienne w opóźnieniu między zdarzeniami i 3) dynamika wewnątrz zdarzenia ( oscylacja stereotypowa) rozpada się tak, że każde zdarzenie wygląda inaczej niż następne (zobacz, jak słabe ślady po 8 miesiącach nie nakładają się). Jako bardzo przybliżoną miarę „elastyczności sieci” obliczamy współczynnik zmienności (CV) interwału między zdarzeniami. Jest to w zasadzie współczynnik Fano, miara powszechnie stosowana w ciągach impulsów do mierzenia losowości neuronu: 0, jeśli nie ma zmienności między impulsami, więc jest to całkowicie okresowa izoczęstotliwość, podczas gdy 1 opisuje proces Poissona (losowy), a >1 opisuje rodzaj bistabilnej dynamiki z pękaniem. Ta sama koncepcja zastosowana do wydarzeń sieciowych pokazuje, że IEI CV rośnie monotonicznie, nawet podczas pierwszych 6 miesięcy skrajnie stereotypowych oscylacji. W pewnym sensie sieć nabiera więc bardziej zaszumionej lub elastycznej dynamiki. Myślę o nich jak o dynamicznym repertuarze, jak o różnych szablonowych ruchach tanecznych, które można następnie połączyć, tworząc rutynę. Może te dynamiczne repertuary składają się następnie do różnych obliczeń.

Po lewej: moc oscylacji mierzona w LFP. Środek: wzrasta losowość (lub rozproszenie) zdarzeń sieciowych. Po prawej: Proporcja różnych typów komórek w czasie.

Nadal nie jesteśmy pewni, co dokładnie umożliwia pojawienie się tej klasy dynamiki, ale Cleber (wraz z laboratorium Gene Yeo) wykonał niezbędne analizy ekspresji genów i wykazał pojawienie się komórek GABAergicznych i glejowych na późniejszych etapach. Ponadto, jeśli zablokujesz GABA bikukuliną po 6 miesiącach, inicjacja zdarzenia sieciowego nie będzie miała wpływu (nawet stanie się nieco częstsza), ale oscylacje (kolejne szczyty) są całkowicie zniesione. Jesteśmy więc bardzo pewni, że zachodzi tu jakaś interakcja E-I, ale trwającym pytaniem jest, czy GABA jest w tym momencie hamujący, czy też komórki GABAergiczne w organoidach przechodzą przez zmianę potencjału odwrócenia chlorków, aby wywołać zmianę znaku. Okej, teraz robi się dość techniczny i zdradzam tajemnice handlowe.

Po lewej (małe panele): zablokowanie GABA usuwa oscylacje, ale nie zdarzenia. Po prawej (2 panele): sprzężenie fazy i amplitudy podczas wydarzeń.

A ponieważ chcieliśmy pokazać dalsze znaczenie tej pracy dla ludzkiej neuronauki i ponieważ są to narzędzia, których wiem, jak używać, przyjrzeliśmy się sprzężeniu fazowo-amplitudowemu podczas tych oscylacyjnych zdarzeń. Z jednej strony sprzężenie międzyczęstotliwościowe koherentnych oscylacji jest trwającą (choć niejasną) teorią elastycznej komunikacji mózgu między regionami, więc pokazanie, że metryka wytwarza właściwe liczby w organoidach, jest interesujące i odrabia naszą pracę domową. To także trochę gwizdka na psa dla moich ludzi z cogneuro, ale powodzenia natrafiając na ten artykuł w Cell Stem Cell. Z drugiej strony, aktywność o wysokiej częstotliwości jest substytutem aktywności wielojednostkowej i wiemy, że oscylacje niskiej częstotliwości w LFP są najprawdopodobniej bezpośrednio spowodowane synchroniczną wymianą jonową w wyniku gwałtownego wzrostu populacji, więc prawie musi być sprzężone. Rzeczywiście stwierdzamy, że aktywność o wysokiej częstotliwości (nie oscylacje gamma) jest sprzężony z fazą oscylacji 3 Hz. Nadal dobrze jest przeprowadzić tę analizę, ponieważ byłoby zaskakujące, gdyby nie były one połączone. Jedno, co wiem na pewno, to to, że nie jest to artefakt kształtu fali.

Zabawna styczna: po tym, jak przeprowadziłem analizę 6-miesięcznej partii danych i wszyscy byliśmy dość przekonani, że oscylacje są prawdziwe, wygłosiłem wykład dla laboratorium Muotri na temat naszego odkrycia. Ale najpierw musiałem przejść przez to, czym są oscylacje w kontekście neuronauki człowieka i systemu oraz podstawy analizy spektralnej. Pomimo tego, że nie zostali przeszkoleni w zakresie tych technik, wszyscy są bardzo mądrymi ludźmi i od razu otrzymali ważne informacje. Ale był jeden moment, myślę, że Cleber w pewnym momencie zapytał mnie, ile czasu zajmie ponowne wykonanie tych analiz na nowym zbiorze danych, i powiedziałem mu, że jeśli chcesz dokładnie tego samego, zajmie to tylko kilka godzin wstępnego przetwarzania i poprawiania danych liczbowych, ponieważ kod już tam jest. Spojrzał na mnie z niedowierzaniem i powiedział coś w stylu „robisz magię!” A ja byłem jak, bierzecie komórki skóry i robicie z nich komórki macierzyste, a następnie komórki mózgowe, i mają to samo DNA, co dawca, i myślicie i rób magię, ponieważ piszę ledwo czytelny kod, który można uruchomić ponownie bez awarii.

Nie trzeba dodawać, że jest dużo wzajemnego szacunku, chociaż zawsze czuję się trochę winny, że Cleber, Pri i ja jesteśmy współpierwszymi autorami, ponieważ jeśli policzysz osobogodziny, Bóg wie, jak długo byli na ławce i mikroskop do hodowania, poprawiania, barwienia i patrzenia na te małe boogery.

Jezus, Cleber…

Koniec 2017 r.: Niewielka dygresja na temat publikowania i recenzowania

Po tych wstępnych analizach danych z 10 miesięcy byliśmy przekonani, że mamy coś dobrego. Ponownie, w tym momencie poprzednie prace nad organoidami wykazały, że pod względem ekspresji genów i strukturalnie organoidy są znacznie bardziej wyrafinowane niż kultury, których używaliśmy wcześniej i są bardziej podobne do prawdziwego rozwoju. Ale do tej pory nie było dowodów na aktywność sieciową ważną z punktu widzenia rozwoju. Poczuliśmy więc, że to naprawdę postęp jakościowy dla modelu organoidów. Oczywiście, gdzie wysłać referat z jakościowym wyprzedzeniem?

Właśnie sprawdziłem swoje notatki, wygląda na to, że zaczęliśmy szkicować artykuł na początku 2017 roku i myślę, że był mniej więcej gotowy w połowie 2017 roku, ponieważ pamiętam, jak robiłem dane na wakacjach w Cancun podczas przerwy wiosennej. Naprawdę chcieliśmy to szybko ujawnić, ponieważ był to prosty fragment danych, który poprawi sposób, w jaki ludzie wykonują pracę organoidów, ponieważ bardzo łatwo jest przewlekle rejestrować elektrofizjologię i byłoby mnóstwo nowych danych z różnych protokołów organoidów. Zamiast tego 2,5 roku później… Odbyliśmy wiele dyskusji na temat podawania go na biorxiv na różnych etapach procesu i tutaj pojawiła się rozbieżność między dwoma laboratoriami: to po prostu nie było normą w biologii komórek macierzystych. To nie były nasze dane, więc ich nie przepychaliśmy.Poza tym rozumiem obawę: to prosta analiza i nie było prawdziwego „eksperymentu”, gdy już masz działający protokół organoidalny, więc wszystko, czego ktoś potrzebuje, to armia studentów, którzy przyjmą instrukcje, aby odtworzyć go w ciągu kilku miesięcy, jeśli my nie zostały opublikowane od razu… a my nie.

Jeśli spojrzysz ponownie na odniesienia do organoidów z kilku akapitów powyżej, zauważysz, że jest ich kilka z 2017 roku. W rzeczywistości, Nature opublikowała dwa artykuły na temat organoidów mózgowych w To samo numer w maju 2017. Zawsze myślałem, że to zabawne, ponieważ byliśmy gotowi do przesłania około 2 miesiące później i porozmawialiśmy o tym, czy wydawca nie będzie mniej zainteresowany organoidami, ponieważ właśnie opublikował 2 artykuły, czy bardziej zainteresowany, ponieważ jest bardzo gorąco. Podpowiedź: to nie to drugie. Szczerze, co możesz powiedzieć w tym momencie? Nie możesz sprzedać Ferrari facetowi, który właśnie kupił dwa Bugatti, nawet jeśli jesteś prawie pewien, że Ferrari też lata. Więc to był pechowy składnik tego. W porządku, jest wystarczająco dużo krzykliwych dzienników, którymi można się pobłażać, i zrobiliśmy obchód w ciągu następnych 12 miesięcy. Zawsze był recenzowany i zawsze z przynajmniej jednym naprawdę podekscytowanym recenzentem, zwłaszcza na temat oscylacji i ich implikacji dla ludzkiej neuronauki, ale zawsze odrzucany w końcu. Mieliśmy kilka rzeczy, które mogły być bardziej restrykcyjne, które naprawdę poprawiły się po procesie recenzowania, więc w żadnym wypadku nie twierdzę, że recenzowanie jest bezużyteczne. To nie jest. Ale są też tacy naprawdę gówniani ludzie. Na przykład modlę się o Dzień Sądu Naukowego, w którym każda napisana przez Ciebie recenzja jest publikowana z Twoim imieniem i nazwiskiem, a ludzie mogą naprawdę sami ocenić, jak wielkim dupkiem stoisz za anonimowością. Radzenie sobie z ludźmi za zasłonami, którzy nie są zainteresowani angażowaniem się w sensowny dyskurs naukowy, jest prawdopodobnie największym powodem, dla którego rzuciłbym naukę. Ale wywarło to również na mnie ogromny wpływ, ponieważ teraz zawsze staram się nie być dupkiem i podpisywać swoje recenzje. Podpisuj swoje cholerne recenzje, ludzie, to są twoi koledzy i nie bądź dupkiem. Albo nie podpisuj, ale napisz tak, jakbyś miał to podpisać. Wszystko, co musi zrobić akademia, to spojrzeć na niektóre komentarze na YouTube, aby zdać sobie sprawę, że ludzie powiedzą wszystko kiedy nie można ich zidentyfikować. Po prostu bądź rozsądną osobą, proszę.

Dobra, odłóż na bok gadkę o publikacji, były dwie główne rzeczy, w których byliśmy niechlujni. Po pierwsze, recenzenci byli naprawdę zafascynowani faktem, że było tak mało komórek GABAergicznych, pierwotnie zmierzonych tylko w jednym punkcie czasowym (chyba 6 miesięcy?), więc twierdzili, że faktycznie ich nie było lub że były niefunkcjonalne . Może daliśmy się ponieść interpretacjom, ale myślałem, że dane z bikukuliny są wystarczającym dowodem, ponieważ w rzeczywistości jest to przyczynowa manipulacja, która pokazała, że ​​GABA jest ważna. Następnie Cleber wykonał sekwencjonowanie jednokomórkowego RNA w wielu punktach czasowych oraz zmierzono zmiany stężenia GABA w pożywce za pomocą spektroskopii. Z tego powodu artykuł wyszedł na lepsze, ponieważ teraz mamy lepsze wyobrażenie o tym, jak komórki GABAergiczne rozwijają się w czasie. Uznałbym to za rozsądną skargę. Jeden z recenzentów nie miał związku z tym pytaniem, czy komórki naprawdę wyskakują i stwierdził, że MEA nie jest w stanie zmierzyć skoków. Naprawdę? Naprawdę? Pomijając fakt, że MEA był używany w ciągu ostatnich 20 lat do pomiarów in vitro, wyraźnie stwierdziliśmy, że nie otrzymujemy pojedynczych wypustek neuronowych, ani nie używamy tego, ponieważ i tak po prostu zbijam wszystkie kolce w studni . Oczywiście przekląłem ich podczas naszego spotkania, aby napisać obalenie, ale Cleber miał dobry temperament, aby znaleźć 20 odniesień, w których zastosowano MEA, i poprosił współautora, aby załatał komórkę w organoidzie. To były ciemne dni, moi przyjaciele. Byłem w momencie, w którym jestem szczęśliwszy, że gdzieś przesłałem artykuł, niż gdybym został zaakceptowany z poprawkami, ponieważ oznaczało to, że był poza moimi rękami i nie musiałem już nic robić. Przepraszam, naprawdę nie więcej rantów.

2018-2019: Dziecięce EEG i Home Stretch

To, co musiałem naprawić, to EEG noworodka i to była druga sprawa. Wiedzieliśmy, że spontaniczne oscylacje mają pewne znaczenie dla rozwoju ludzkiego mózgu, pytaniem było, co i jak mają się do tego oscylacje organoidalne. W pierwszych kilku wersjach artykułu mogłem go rozciągnąć a mały daleko: po kilku wyszukiwaniach w PubMed i Google Scholar w 2017 roku zdaliśmy sobie sprawę, że EEG wcześniaków wykazuje bardzo ciekawy wzór zwany przerwaniem śladów. Wygląda na to, że wybuchy oscylacji o wysokiej amplitudzie przerywają długie okresy bardzo niskiej aktywności co 10-20 sekund (środkowy panel poniżej). Gdy dziecko dorasta do terminu, ten podpis znika, gdy impulsy stają się częstsze i dłuższe, zasadniczo łącząc się w okresach ciszy (myślę?).

Jest to bardzo podobne do tego, co robią organoidy, więc chcieliśmy dokonać formalnego porównania. Problem polegał na tym, że nie miałem pieprzonego pojęcia, skąd wziąć dane EEG dla wcześniaków, ale wiedzieliśmy, że jest to jeden z niezbędnych składników do sprzedaży. Rezygnując z rzeczywistego porównania, zdecydowaliśmy się po prostu pokazać przykład obok organoidu LFP. Kłóciliśmy się wewnętrznie przez chwilę, ponieważ myślałem, że moglibyśmy po prostu przytoczyć badanie lub odtworzyć postać, co zaoszczędziłoby dużo czasu. Ale wyraźnie te dziecinne rzeczy poszły w innym kierunku. W końcu znalazłem tę australijską bazę danych EEG z pojedynczym zbiorem danych wcześniaka, a jej ówczesny kurator, Patrick Cooper, pomógł nam uzyskać ten jeden ślad. Tak więc ostatnia liczba we wcześniejszych wersjach artykułu w zasadzie sprowadzała się do „spójrz na ten ślad organoidalnego LFP, teraz spójrz na ten ślad dziecięcego EEG, wyglądają jak do siebie, ale nie dorosły EEG”. kupa śmiechu.

Przez jakiś czas była to dosłownie cała ostateczna figura gazety.

Jak można sobie wyobrazić, recenzenci nie uznali tego za zabawne i prawdopodobnie wkurzyliśmy ich tym po królewsku do tego stopnia, że ​​nienawidzili wszystkiego innego. Jednak z mojej perspektywy nie było to nawet celem artykułu i wszyscy wiedzą, że jest to jedno z tych naciąganych twierdzeń, aby dotrzeć do nieco wyższego poziomu dziennika. Niemniej jednak utknął w tej ziemi niczyjej, albo czyniąc ją trochę bardziej merytoryczną, ale nie wiedząc jak, albo całkowicie ją usuwając, ale tracąc połączenie z ludzką neuronauką. Nie chciałem tego robić. W tamtym momencie nie chciałem już nic robić, a to tylko trochę, bo byłem leniwy. Naprawdę nie mieliśmy pojęcia, gdzie to znaleźć bardzo kliniczny zbiór danych, ponieważ musiały pochodzić od wcześniaków. Dzieci urodzone o czasie 1) nie wykazują tego wzorca i 2) nie wymagają klinicznego monitorowania EEG. Z pewnością nie zamierzaliśmy sami zbierać wcześniaków EEG, ani nie zamierzaliśmy nawiązywać współpracy i czekać jeszcze jeden rok na pojawienie się nowych danych. To była prawdziwa marynata.

Pisząc to, zdaję sobie sprawę, że żaden z tych procesów nie byłby oczywisty po przeczytaniu artykułu, więc mam nadzieję, że podoba Ci się ta historia.

Potem nadszedł jeden z tych momentów, w których jesteś jak, no cóż, za każdą kupę, jaką daje ci życie, myślę, że czasami daje ci to również coś miłego. Pamiętam to bardzo żywo: myślę, że nasza piątka (ja, Pri, Cleber, Alysson i Brad) była na spotkaniu omawiającym ostatnie (i piąte?) odrzucenie, na którym wszyscy recenzenci mieli problem z dzieckiem EEG ” porównanie” (nawet te ładne). Więc byliśmy jak, ok, musimy zrobić coś o tym teraz lub w inny sposób, to prowadzi donikąd. Więc niechętnie Google po raz N-ty, wiedząc, że nic nie znajdę, z wyjątkiem tego, że cudem natknąłem się na ten artykuł (Stevenson 2017), który został opublikowany zaledwie kilka miesięcy przed tym spotkaniem. Zarejestrowali EEG wcześniaka z

100 dzieci w wieku od 25 do 38 tygodni i próbowali przewidzieć wiek dzieci na podstawie ich cech EEG… i opublikowali dane! Cóż, nie opublikowali surowego EEG, ale tabelę cech, które obliczyli jako dane wejściowe do ich modelu predykcyjnego. Nie sram, kiedy mówię, że cały mój doktorat opiera się na danych (i hojności) innych ludzi, a to jest szczególnie prawdziwe tutaj. Nie mogłem w to uwierzyć, bo to było naprawdę takie proste. Wszystko, co musiałem wtedy zrobić, to obliczyć te same cechy w organoidalnym LFP i zasadniczo je skorelować. Było kilka zastrzeżeń. Po pierwsze, musiałem odrzucić wszystkie cechy, które mają charakter przestrzenny lub amplitudowy, ponieważ organoidy nie mają czaszki do filtrowania sygnału. Niemniej jednak pozostawiło nam to garść funkcji czasowych zdarzeń odnoszących się do tego, kiedy i jak często występują te wybuchy.

Była mieszana torba podobieństw.

Zestawy danych porównaliśmy na kilka różnych sposobów. Jeśli po prostu wykreślisz wiek w funkcji funkcji zarówno dla organoidów, jak i niemowląt, zobaczysz, że zmiany w czasie dla niektórych funkcji wyglądają bardzo podobnie, a niektóre nie. Na przykład, impulsy (lub SATs) na godzinę rosną monotonicznie zarówno w miarę starzenia się dzieci, jak i gdy organoidy są dłużej w hodowli. W przypadku niektórych cech trend jest taki sam, ale wartość bezwzględna jest inna. Możesz zmierzyć, jak skorelowana jest każda cecha z wiekiem i sprawdzić, czy te cechy skorelowane z wiekiem są takie same u niemowląt i organoidów. Jest to w zasadzie jeden krok od wielowymiarowego modelu regresji, więc właśnie to zrobiliśmy.

Więc zasadniczo robię to, co zrobili w artykule Stevensona, próbując użyć cech elektrofizjologicznych do przewidywania wieku. Skrętem jest jednak to, że wytrenowałem model regresji tylko na cechach EEG dziecka, aby przewidzieć ich wiek (oczywiście podzielony na zestaw treningowy i walidacyjny dla hiperparametrów regularyzacji). Następnie używam tego dokładnego modelu, aby przewidzieć, jak długo organoidy są w kulturze lub to, co nazywamy „czasem rozwoju”, a puentą jest to, że… nie jest źle. W rzeczywistości wypada słabo w przypadku danych organoidów przed 28 tygodniem, a po tym staje się znacznie lepszy, a okazuje się, że mamy tylko dane EEG dzieci urodzonych w 25-38 tygodniu. Może to sugerować, że istnieje jakaś nieliniowa krzywa wzrostu, której nie można liniowo ekstrapolować na okres do 28 tygodnia, lub jest to po prostu szczęśliwy zbieg okoliczności. Tak czy inaczej, to jest całkiem zajebiście niesamowite że przewidywanie działa w ogóle dla danych organoidalnych, na które, znowu, model regresji jest całkowicie ślepy. Byłem naprawdę zaskoczony, gdy ten wynik wyszedł. Oczywiście jeden recenzent był całkowicie nieprzekonany, pytając „skąd można wiedzieć, że jakiekolwiek dwa zestawy danych uruchomione w ramach takiego porównania nie przyniosą podobnych wyników”. Naprawdę nie byłam pewna, co to oznacza, ale zasugerowali pewne pozytywne (trzymane dziecięce EEG) i negatywne (kultury 2D i myszy), dla których model oczywiście działał zgodnie z oczekiwaniami.

Lewy panel: wydajność modelu regresji włączona niewidzialny dane. Prawy panel: korelacja między przewidywanym i podstawowym wiekiem/czasem kultury dla różnych zestawów danych. Wyższa korelacja oznacza lepszą zdolność przewidywania.

Podsumowując, chciałbym zwrócić twoją uwagę na magiczną sztuczkę, którą wykonałem. Jak widać, średni przewidywany wiek organoidów (niebieski) dość dobrze pasuje do linii tożsamości (perfekcyjne przewidywanie), ale wariancja jest przerażająco duża. W rzeczywistości nawet po 40 tygodniach model przewidywał negatywne czasy hodowli. Och, spójrz, odkryliśmy również podróże w czasie. Oczywiście, gdybyśmy zmierzyli wydajność modelu błędem średniokwadratowym, to by było do dupy. Dlatego następna liczba nie pokazuje MSE, ale korelację między przewidywanym a rzeczywistym wiekiem. To magiczna sztuczka. Jest oczywiście dobry powód, aby zrobić to w ten sposób: sprowadza się to do faktu, że nie mamy pojęcia, jak „stare” są organoidy z rzeczywistą osią czasu rozwoju człowieka jako punktem odniesienia. W rzeczywistości, kiedy zacząłem to robić, nie spodziewałem się, że model zwróci prognozy, które były w pobliżu rzeczywistego czasu, więc zacząłem od korelacji jako metryki. Jeden dzień organoidalny może być równy jednemu ludzkiemu tygodniowi, a może odwrotnie, bardziej prawdopodobne jest to, że są po prostu tkanką mózgową unoszącą się bez żadnych innych ograniczeń. Spodziewałem się jednak, że przewidywany wiek będzie przynajmniej korelował z rzeczywistym wiekiem. Innymi słowy, jeśli użyjesz ludzkiej linijki do pomiaru wzrostu organoidów, organoid nadal powinien rosnąć, tylko wolniej niż człowiek. Ale niespodzianką, po raz kolejny, jest to, że tylko na podstawie użytych cech wiek organoidów wydaje się skalować tak samo.

I to, moi przyjaciele, są wnioski z tego artykułu (pomijając wszystkie inne ważne gówno w liczbach i uzupełnieniach, do których zapoznania się z nimi zachęcam).

2019 - . Enter The Matrix (Nie, tylko żartuję)

Minął tydzień od ukazania się gazety, a jeśli nie czytasz o tym po raz pierwszy, jest bardziej prawdopodobne, że przeczytałeś ją po raz pierwszy w New York Times (niż w Cell Stem Cell lub, Boże zabraniaj, Buzzfeed). Artykuł doskonale radzi sobie z omówieniem głównej narracji naukowej bez wchodzenia w szczegóły techniczne, ale także pozostaje na kursie w zakresie nie robienie hiperboli o badaniach, nawet jeśli przestrzeń oraz robot zostały wspomniane. Widać to w tytule i taki właśnie sens odebrałem, rozmawiając z Carlem Zimmerem przez telefon.

W rzeczywistości wyraźnie poprosił mnie (i zakładam, że również Alysson) o skomentowanie tego, co opinia publiczna powinna o tym wiedzieć, i miał kilka bardzo dosadnych pytań naukowych, które są bardzo warte przeprowadzenia dalszych eksperymentów. W tym miejscu chcę rozwinąć nieco więcej potencjalnych implikacji, zarówno z technicznego, jak i etycznego punktu widzenia, oczywiście wszystkich dotyczących ostatniej analizy porównującej organoidy z mózgami niemowląt.

Po pierwsze, można by zinterpretować ostatnią analizę mówiąc, że organoidy w wieku 38 tygodni w hodowli to to samo, co 38-tygodniowe dziecko, i bardzo by się mylili. Analogia jest taka, że ​​gdybyś miał naprawdę zamglone okulary, samochód wyglądałby jak mały słoń. Czy to oznacza, że ​​samochód jest słoniem? Oczywiście nie. Pomiary, które otrzymaliśmy z organoidów, są bardzo ograniczone, zarówno pod względem ekspresji genów, jak i anatomii, nie wspominając o tym, że pomiar EEG dziecka cierpi na wszystkie problemy z mieszaniem przestrzennym. Więc od razu zacieramy różnice. Cechy, które wyodrębniamy z sygnału elektrofizjologicznego, są jeszcze bardziej ograniczone, ograniczając się tylko do synchronizacji impulsów. I wreszcie, najbardziej zamglone okulary ze wszystkich to model regresji liniowej. Tak, model radzi sobie całkiem nieźle w przewidywaniu danych EEG dla dzieci, ale zgniata i tak już ograniczone informacje, które posiadamy, do jeszcze bardziej ograniczonej (liniowej pod)przestrzeni do przewidywania. Biorąc to wszystko pod uwagę, my Nie mogę powiedzmy, że organoidy są jak dziecięce mózgi. W rzeczywistości wiemy, że to nie może być prawda a priori, ponieważ organoidom brakuje wielu kluczowych elementów, które dana osoba ma, takich jak oczy, wzgórze, móżdżek (tak naprawdę wszystko oprócz pozoru kory) i żadnego z jego własnych zestaw do podtrzymywania życia (np. naczynia krwionośne). Co my Móc powiedzmy, że znaleźliśmy mały zestaw cech elektrofizjologicznych - najbardziej widocznych, interwał wybuchów między zdarzeniami - które śledzą zarówno wiek dziecka, jak i czas kultury organoidalnej. Jeśli ekstrapolujemy jeszcze dalej, może to sugerować zachowaną trajektorię rozwojową spontanicznej aktywności elektrycznej dla naiwnej tkanki korowej. Ale to jest o tym. To powinno rozwiać wszelkie wyobrażenia, że ​​właśnie stworzyliśmy mózgi dzieci wyhodowanych w laboratorium. Nie, to głupoty, które wystrzeliwują potencjały czynnościowe.

Po drugie, i tu staje się to filozoficznie zawiłe: organoidy są prawdopodobnie nieprzytomny. A to nie jest prawdopodobnie jak w „Prawdopodobnie dziś nie będę pił”, ale bardziej jak „Ziemia prawdopodobnie nie wybuchnie jutro bez powodu”. Nie wiemy na pewno, bo nie możemy wiedzieć, ale jestem całkiem pewien. Czemu? Ponieważ nie wiemy, co stanowi składniki świadomości, oraz organoidy nie oscylują z częstotliwością 40 Hz. Ale ludzie się denerwują, bo to są ludzkie komórki, i rozumiem. Jako odruchową reakcję na historię pop-sci, prawdopodobnie też bym tak pomyślał. A jeśli to wszystko, to na pewno jestem bardziej niż szczęśliwy, że może to służyć jako początek rozmowy w barze. Na szczęście współczesna neuronauka zdołała przekonać nas, że układ nerwowy jest prawdopodobnie ważniejszy niż twoja skóra w definiowaniu siebie i poczucia siebie. Niestety, możemy to przekazywać z większym stopniem pewności niż mamy, ponieważ jest mało prawdopodobne, aby pojawiła się świadomość wyłącznie z układu nerwowego. Może piję ucieleśnione poznanie Zachodniego Wybrzeża Kool-Aid, ale biorąc pod uwagę, że organoidy są znacznie mniej wyrafinowane niż w zasadzie każdy żywy organizm, ponieważ nie potrafią wyczuwać ani poruszać się w swoim otoczeniu, trudno jest uzasadnić ich świadomość. To rozwlekły sposób powiedzenia: „Nie mogę powiedzieć na pewno, ale jestem prawie pewien, że tylko dlatego, że jest zrobiony z ludzkich komórek, nie oznacza to, że są świadome”.

„Ale Richard mówi, że umieszczasz je w robotach!” Ech… sprowadziłem to na siebie. W porządku. Z pewnością mogę spróbować napisać spójną historię science fiction, w której stale dajemy składniki organoidom, aby stały się czymś więcej niż tylko gulami, może stały się odpowiednikiem muszki owocowej lub czymś w tym rodzaju. Zapewniam, że nas tam nie ma i nie będzie nas chwila. Przekazuję to ludziom AI, ponieważ ich rzeczy są o wiele bardziej zdolne do rzeczywistego wyczuwania i manipulowania środowiskiem niż organoidy, a także do wykonywania znaczących obliczeń. Tutaj mogę tylko powiedzieć, że naprawdę nie wiem. Nie wiem, gdzie leży granica, ale wiem, że wszyscy ostrożnie ją przekraczają. Obecnie organoidy służą jako użyteczny model neurorozwoju, zarówno pod względem zrozumienia, w jaki sposób genetyka kieruje wczesnym rozwojem, jak i do testowania interwencji w leczeniu zaburzeń rozwojowych neuronów. Jeśli marzysz naprawdę wielkie marzenia, może możesz sobie wyobrazić moment, w którym będziemy w stanie odpowiedzieć na pytania dotyczące świadomości za pomocą tych organoidów, ale bardzo wątpię w to. Biorąc to pod uwagę, podobnie jak wiele laboratoriów na całym świecie odchodzi od makaków jako organizmu modelowego ze względu na ich podobieństwo do ludzi, jestem pewien, że ludzie odejdą od organoidów, jeśli stanie się jasne, że zbliżamy się do granicy etycznej. Paradoks polega na tym, że neuronauka zawsze poszukuje organizmów eksperymentalnych do modelowania ludzkiego poznania, ponieważ taki jest ostateczny cel. Ale im lepiej pokazano, że model naśladuje aspekty ludzkiego mózgu, tym większą mamy motywację do tego nie eksperymentuj na tym i szanuj jego możliwą wrażliwość. Powiem jednak, że jestem w 100% przekonany, że w ludzkim neuronie nie ma nic szczególnego, a gryzonie i inne zwierzęta również mają świadomość, być może w mniejszym stopniu niż my (cokolwiek to znaczy). To może być niezadowalające „zobaczymy, kiedy do tego dojdziemy”, ale mogę was zapewnić, że w społeczności już trwają dyskusje i jest to balansowanie między etyką a tworzeniem czegoś pożytecznego.

Aby uniknąć zakończenia tej nieco przygnębiającej i filozoficznie trudnej notatki, powiem tylko, że było to niesamowite doświadczenie edukacyjne w ciągu ostatnich 5 lat pracy nad tym projektem.Nie tylko zdobyłem dużo wiedzy na temat biologii molekularnej, komórkowej i rozwojowej, a niektóre z nich są tak przypadkowe, że nigdy bym nie pomyślał, że się nauczę (jak wygląda EEG dla wcześniaków), patrząc jak praca innych osób była wnikliwa, zwłaszcza tych z innym wykształceniem niż ja. Jednocześnie zachowuje pokorę w stosunku do wszystkich pozornie magicznych rzeczy, których nie znasz, a także sprawia, że ​​doceniasz rzeczy, które wiesz, a które inni ludzie uważają za magię, nawet jeśli jest to po prostu abs(np.fft.fft()) . Jeszcze lepsi od gazety są przyjaciele, których zabierasz po drodze, więc zobaczmy, czy uda mi się namówić Clebera, by zabrał nas wszystkich do Fogo de Chao. Jak zawsze jedno badanie otwiera o wiele więcej pytań niż odpowiedzi, a teraz wiemy, że organoidy mają… umiejętność aby rozwinąć bardziej zmienną i oscylacyjną dynamikę, należy odpowiedzieć na nieskończenie wiele pytań, z których wielu nie można było zrobić w kulturach pierwotnych. Wiele neuronauki obliczeniowej buduje teorie dla modeli rozwiniętej kory tak, jakby były jednorodnymi plamami komórek pobudzających i hamujących, i wreszcie możemy mniej więcej przetestować te teorie na uczciwej implementacji biologicznej. Mam tak wiele pytań na temat zdolności obliczeniowej tych małych gałek mózgowych, jaką rolę przyczynową mogą odgrywać oscylacje w trakcie rozwoju i jak anomalie genetyczne mogą prowadzić do ich odchyleń. Ale tak mało czasu.

Na razie jednak mogę wreszcie odetchnąć z ulgą, że to koniec. Na razie.


Abstrakcyjny

Sygnalizacja neuronowa i komunikacja stanowią podstawę praktycznie wszystkich aspektów aktywności i funkcji mózgu. Podejścia do nauki o sieciach do modelowania i analizowania dynamiki komunikacji w sieciach okazały się przydatne w symulowaniu funkcjonalnej łączności mózgu i przewidywaniu pojawiających się stanów sieci. Niniejszy przegląd bada ważne aspekty dynamiki komunikacji w sieciach mózgowych. Zaczynamy od naszkicowania ram koncepcyjnych, które postrzegają dynamikę komunikacji jako niezbędne ogniwo między empirycznymi domenami łączności strukturalnej i funkcjonalnej. Następnie rozważamy, w jaki sposób różne lokalne i globalne atrybuty topologiczne sieci strukturalnych wspierają potencjalne wzorce komunikacji sieciowej oraz w jaki sposób interakcje między topologią sieci a modelami dynamicznymi mogą zapewnić dodatkowe wglądy i ograniczenia. Na koniec proponujemy, że dynamika komunikacji może działać jako potencjalne generatywne modele efektywnej łączności i może oferować wgląd w mechanizmy, dzięki którym sieci mózgowe przekształcają i przetwarzają informacje.


Kryterium i wrażliwość

Koncepcje kryterium i wrażliwości stanowią podstawę do wykazania, że ​​wzrokową uwagę przestrzenną można podzielić na odrębne mechanizmy oparte na efektach behawioralnych. Jest jednak prawie pewne, że nie zapewniają dokładnego i pełnego opisu mechanizmów uwagi poszczególnych elementów. Chociaż opisane powyżej dane sugerują, że kryterium i czułość są przynajmniej skorelowane z neurobiologicznie znaczącymi komponentami uwagi, to okaże się, jak ściśle są one powiązane z takimi mechanizmami. Ponadto nie ma powodów, aby sądzić, że kryterium i czułość nie są same w sobie podzielne na bardziej podstawowe składniki. Co więcej, podobnie jak termin parasolowy uwaga, kryterium i wrażliwość często nakładają się na inne konstrukty zachowań poznawczych, takie jak nagroda i przygotowanie do ruchu. Kwestie te nie są w żaden sposób unikalne dla tego schematu podziału uwagi i dają możliwość uzyskania dokładniejszego zrozumienia organizacji uwagi w mózgu.

Różne wkłady do wrażliwości behawioralnej.

W literaturze psychofizycznej zaproponowano szereg mechanizmów obliczeniowych w celu wyjaśnienia, w jaki sposób może dojść do poprawy wrażliwości behawioralnej związanej z uwagą (72). Wkład podzbioru tych mechanizmów w poprawę wrażliwości porównano bezpośrednio w ramach modelu szablonu percepcyjnego (42). W tym modelu sygnał jest analizowany przy użyciu szablonu percepcyjnego w sposób ograniczony zarówno przez szum wewnętrzny podmiotu, jak i szum zewnętrzny, którym można manipulować eksperymentalnie. Wskazywanie lokalizacji wizualnej może poprawić wrażliwość behawioralną w tym miejscu na różne sposoby, a mechanizmy te są ujednoznacznione przez ich różne efekty przy różnych poziomach hałasu zewnętrznego. Badania wykorzystujące to podejście wykazały, że w zależności od procedury udzielania wskazówek, zmniejszenie zewnętrznego hałasu, wzmocnienie siły bodźca lub połączenie obu mechanizmów w wskazywanej pozycji wzrokowej może wyjaśniać związane z uwagą zwiększenie wrażliwości behawioralnej (42, 73). . Biorąc pod uwagę, że różne mechanizmy poprawy wrażliwości można wywnioskować na podstawie wydajności behawioralnej, prawdopodobne jest, że wiele mechanizmów rozróżnialnych na poziomie neuronalnym przyczynia się do związanych z uwagą zmian wrażliwości behawioralnej.

Różne wkłady w kryteria behawioralne.

Kryterium może być jeszcze bardziej złożoną koncepcją. W teorii wykrywania sygnału kryterium jest wskaźnikiem tendencji obserwatora do kategoryzowania bodźca jako tylko szum lub szum plus sygnał. Najprostszy pogląd jest taki, że kryterium zależy od mechanizmu, który jest zasadniczo niezależny od wpływów czuciowych i motorycznych. Z tego punktu widzenia możliwą implementacją zmian behawioralnych w kryterium jest to, że 2 odrębne grupy neuronów reprezentują abstrakcyjne kategorie bodźca tylko szumowego i bodźca dodanego do sygnału, a względny zysk tych 2 grup jest modulowany w celu wdrożenia kryterium reszta. Jest to prawdopodobne, ponieważ wykazano, że pojedyncze neurony są w stanie reprezentować abstrakcyjną kategorię poznaną przez badanego (74). Jednak w większości zadań mierzone kryterium behawioralne prawdopodobnie nie będzie zależeć od mechanizmu, który wyklucza wpływy sensoryczne lub motoryczne.

W niektórych zadaniach kryterium może silnie zależeć od mechanizmów sensorycznych. W zadaniu używanym przez Ferrerę i in. (75) małpy sklasyfikowały prędkość poruszającego się bodźca jako dużą lub wolną. We wszystkich próbach granica, przez którą badany został sklasyfikowany, została wskazana jako granica wolniejsza lub szybsza, a kryterium behawioralne osoby badanej odpowiednio się zmieniło. Koncepcyjnie te behawioralne zmiany w kryterium mogą zależeć od mechanizmu decyzyjnego, który zmienia neuronową reprezentację granicy kategoryzacji. Alternatywnie, niezależnie od granicy decyzyjnej, zmiany kryterium behawioralnego mogą zależeć od zniekształcenia sensorycznej reprezentacji bodźca. Tę ostatnią możliwość wspierają nagrania z neuronów w przednich polach oczu. Neurony, które preferowały szybsze prędkości, zwiększały wzmocnienie swoich odpowiedzi na bodziec, gdy zwierzę przyjęło wolniejsze kryterium i zmniejszały swój zysk, gdy zwierzę przyjmowało szybsze kryterium. Neurony preferujące wolniejsze prędkości wykazywały odwrotny wzór modulacji. Te zmiany neuronalne są koncepcyjnie podobne do zmian związanych z uwagą na cechę obserwowanych we wcześniejszych etapach przetwarzania kory wzrokowej, takich jak MT (76). Dlatego zmiany w kryterium behawioralnym zwierzęcia mogą zależeć od modulacji reprezentacji sensorycznych.

Nawet w zadaniu wykrywania kryterium behawioralne może być wrażliwe na liczbę impulsów neuronów czuciowych. W niedawnym badaniu (77) myszy zostały wyszkolone w wykrywaniu zmiany orientacji ze statycznej siatki wizualnej, a strategię myszy można wytłumaczyć dalszym obwodem, który sumuje liczbę impulsów neuronów V1, przypisując wyższe wagi tym bardziej zdecydowanie preferując orientacje docelowe. Dlatego zmienna decyzyjna myszy w tym zadaniu może być aproksymowana w jednostkach liczby impulsów V1. Gdy pobudliwość V1 była albo zwiększona lub zmniejszona optogenetycznie, myszy nie wykazywały wykrywalnej zmiany czułości, ale wykazywały zmiany w ich kryterium w kierunku przewidzianym przez zmiany optogenetyczne w szybkości wypalania V1.

Zadanie może obejmować kilka kryteriów jednocześnie. Zadanie zastosowane przez Luo i Maunsella (44, 63) dotyczyło kryterium zgłaszania obecności lub braku sygnału w określonej lokalizacji. Ponieważ jednak zwierzę zgłaszało sygnał w miejscu wzrokowym z sakadą do tego miejsca, kryterium behawioralne mierzone w tym zadaniu może zależeć od mechanizmów przedruchowych, które leżą u podstaw tendencji do wykonywania sakad w określonym kierunku. Inne niedawne badanie pokazuje, że SC przyczynia się do wielu różnych kryteriów behawioralnych (78). W tym badaniu małpy zdecydowały, czy istnieje struktura w hałaśliwym bodźcu wzrokowym, który pada na środek spojrzenia, i zgłosiły swoją decyzję wykonując sakadę do jednego z dwóch punktów o różnych kolorach. Miejsca wyboru zmieniały lokalizację w różnych próbach, dlatego dany wybór nie był przypisany do konkretnej odpowiedzi motorycznej. Kryterium zwierzęcia zostało ustalone za pomocą bloku prób, w którym zwiększono (lub zmniejszono) proporcję ustrukturyzowanych bodźców, aby wywołać liberalne (lub konserwatywne) kryterium, utrzymując stałą czułość. Kiedy pojedyncze neurony zostały zarejestrowane w pośredniej warstwie SC w tym zadaniu, ich szybkość odpalania przedruchowego wzrosła, gdy zwierzę było nastawione na wykonanie sakady w polu receptywnym neuronów. Ponieważ lokalizacja celu wyboru była losowa, znak modulacji nie odzwierciedlał bezpośrednio kryterium zwierzęcia do kategoryzacji, czy bodziec zawiera strukturę. Jednak mikrostymulacja SC podczas tego zadania przesunęła kryterium w sposób niezależny od sakad, zgodnie z wcześniejszym ustaleniem reprezentacji abstrakcyjnej decyzji percepcyjnej w liczbie impulsów neuronalnych w SC (79). Badanie to wskazuje, że tempo odpalania przedruchowego neuronów SC koreluje z motorycznym komponentem kryterium badanego, a SC jest również zaangażowane w kontrolowanie niemotorycznego elementu kryterium badanego, chociaż być może nie bezpośrednio poprzez nabycie aktywności przedruchowej pośredniego neurony warstwy SC. Co więcej, badanie to sugeruje, że inaktywacja SC (69, 70) może jednocześnie zakłócać wiele różnych kryteriów behawioralnych.

Nakładają się na inne koncepcje poznawcze.

W większości zadań, które manipulują dowolnym elementem uwagi podmiotu, wpływają również inne procesy poznawcze, takie jak oczekiwanie na nagrodę, przygotowanie motoryczne lub pamięć robocza. Te zmienne poznawcze są związane z wieloma takimi samymi zmianami neuronalnymi, takimi jak zmiany w uzyskiwaniu odpowiedzi na bodźce. Typowe badanie neurofizjologiczne zachowań poznawczych dostarcza rozdzielnych definicji operacyjnych tylko podzbioru tych zmiennych. Dlatego mechanizm neurobiologiczny opisany jako związany z konstruktem poznawczym, takim jak kryterium lub wrażliwość, może być ściślej powiązany z innym. W niektórych przypadkach konstrukty używane do opisu różnych procesów poznawczych mogą być nie do odróżnienia, przechodząc do argumentów semantycznych. Na przykład, gdy używa się najszerszej definicji „nagrody”, nie ma podstaw do odróżnienia miejsca, w którym badany kieruje swoją uwagę, od miejsca, w którym badany spodziewa się, że będzie najbardziej satysfakcjonujący (80). Chociaż nakładanie się może być nieuniknione, gdy pojęcia są rozumiane na wysokim poziomie abstrakcji, możliwe jest, że można oddzielić bardziej precyzyjnie określone pojęcia.

W niedawnym badaniu rozróżniono między względną nagrodą związaną z bodźcem, który jest znormalizowany do nagrody za inne bodźce, a bezwzględną nagrodą związaną z bodźcem, który jest niezależny od innych bodźców. Badanie to wykazało, że podczas gdy wrażliwość behawioralna małp w rozróżnianiu orientacji wzrokowej zależała bardziej od względnej nagrody bodźca niż od jego nagrody bezwzględnej, aktywność neuronalna w obszarze V4 była ściślej skorelowana z bezwzględną niż względną nagrodą (81). To odkrycie wskazuje, że zmiany wrażliwości behawioralnej nie mogą być wyjaśnione wyłącznie przez charakterystyczne zmiany związane z uwagą w odpowiedziach V4, ale zależą również od mechanizmów selekcji w dalszych obszarach mózgu. Oczekuje się, że modulacja odpowiedzi neuronalnych V4 nie może poprawić wrażliwości osobnika we wszystkich warunkach zadania i ważne jest, aby określić, w jakich warunkach modulacje odpowiedzi kory wzrokowej związane z uwagą mogą przyczyniać się do wrażliwości behawioralnej.

Dysocjacja między kryterium a wrażliwością w ostatnich neurofizjologicznych badaniach uwagi jest analogiczna do linii pracy w badaniach uwagi przeprowadzonych głównie na ludziach, która rozróżnia oczekiwanie i uwagę (82). W tej pracy oczekiwanie jest definiowane przez zmiany behawioralne wynikające ze znajomości prawdopodobieństwa wystąpienia sygnału, a uwaga jest definiowana przez zmiany behawioralne wynikające ze znajomości istotności bodźca. Kiedy manipuluje się prawdopodobieństwem sygnału, kryterium podmiotu zwykle zmienia się z niewielką lub żadną zmianą wrażliwości behawioralnej. Gdy istotność bodźca jest zróżnicowana, wrażliwość podmiotu zwykle zmienia się przy minimalnych zmianach kryterium (62). Dlatego, mimo że terminy poznawcze są definiowane przede wszystkim przez manipulację zadaniami, wynikająca z tego dysocjacja behawioralna zachodzi między kryterium a wrażliwością. Gdy mierzono markery elektroencefalogramu wczesnego przetwarzania sensorycznego, ściśle zmieniając prawdopodobieństwo sygnału (a nie istotność bodźca) cech wzrokowych, stwierdzono niewielki lub żaden efekt towarzyszący dużym zmianom w kryterium, co sugeruje, że zmiany behawioralne w kryterium nawet dla cech wzrokowych nie zależą na wczesnej korze wzrokowej (83).

Różnica w terminologii dotyczącej tego, czy manipulacje prawdopodobieństwem sygnału powinny być uważane za zmieniające uwagę, odzwierciedla ciągłą niepewność, jak należy zdefiniować uwagę. Sugerujemy, że ponieważ manipulacje prawdopodobieństwem sygnału były częścią operacyjnych definicji uwagi w trakcie badań nad uwagą, pomocne byłoby odniesienie się do tej wcześniejszej literatury, aby zobaczyć je jako manipulujące różnymi mechanizmami uwagi. Ponieważ uwaga jest używana tak szeroko, a jej definicja wciąż budzi kontrowersje, dyskusje na temat terminologii można zminimalizować, traktując odrębne zjawiska związane z uwagą jako jej składowe i unikając etykietowania tego, co jest, a co nie jest uwagą. Dopóki terminy związane z uwagą (lub z niej wykluczone) będą rozróżniane przez definicje operacyjne, zrozumienie uwagi będzie ostatecznie zależeć mniej od terminologii, a bardziej od struktury i mechanizmów biologicznych.


Wnioski

Podstawowym argumentem wysuniętym tutaj jest to, że każdy system STM musi być w stanie przechowywać złożone struktury reprezentacyjne, które nigdy wcześniej nie były spotykane, niezależnie od tego, czy są to nowe sekwencje słów, czy nowatorskie kombinacje cech wizualnych. Z definicji takie reprezentacje nie mogą już istnieć w LTM, a zatem nie mogą być przechowywane po prostu poprzez aktywację LTM. Najbardziej podstawowym wymaganiem każdego systemu pamięci jest możliwość przechowywania wielu tokenów tego samego typu. Jest to niezbędne nawet w przypadku prostych zadań STM, takich jak przywoływanie seryjne. Jeśli LTM jest magazynem reprezentacji typów, STM nie może działać po prostu przez aktywację typów LTM. Oczywiście można argumentować, że LTM ma wiele reprezentacji danego typu, ale byłoby to rażąco nieefektywne, ponieważ sugerowałoby, że wszystkie reprezentacje w LTM są w dużym stopniu zduplikowane. Standardowym rozwiązaniem jest umożliwienie pamięci albo przechowywanie wielu kopii reprezentacji, co zapewnia, że ​​tylko te reprezentacje zachowane w danej chwili są zduplikowane, albo zawieranie wskaźników do reprezentacji pojedynczych typów w LTM, na które można wskazać tę samą reprezentację w LTM przez wiele wskaźników w STM. Jednak proste wskazówki od STM do LTM nie są wystarczające do rozwiązania problemu wiązania. Musi również istnieć możliwość konstruowania i przechowywania bardziej złożonych reprezentacji, a to musi wiązać się z czymś równoważnym ze zmiennym wiązaniem. Cokolwiek się dzieje, gdy przechowujemy informacje w STM, jest o wiele bardziej skomplikowane niż aktywacja LTM lub umieszczanie kopii w pudełkach. Ważnym pytaniem nie jest po prostu, czy istnieją oddzielne sklepy krótko- i długoterminowe, ale co jest przechowywane w STM. Jeśli STM zawiera wskaźniki, pojemność informacyjna STM będzie zależeć od przestrzeni adresowej, im szerszy zakres reprezentacji LTM, które mogą być przechowywane w STM (wskazane), tym więcej bitów będzie wymaganych do przechowywania tych wskaźników. Stanowi to dodatkową motywację do przechowywania formularzy specyficznych dla modalności włączonych do modelu pamięci roboczej Baddeley i Hitch’. Jeśli jakiś zestaw obliczeń wymaga jedynie dostępu do ograniczonego zakresu informacji, które muszą być przechowywane tymczasowo (np. informacje fonologiczne), wówczas bardziej efektywne pod względem pamięci będzie przetwarzanie tych informacji w magazynie wyspecjalizowanym w przechowywaniu tylko tego rodzaju informacji .

Sugestia, że ​​STM może być niczym więcej niż aktywowanym trybem LTM, może mieć zaletę skąpstwa, ale po prostu nie działa. Prosty proces aktywacji nie byłby w stanie rozwiązać problemu dwóch ani przechowywać nowych reprezentacji. Wynika z tego, że każdy model, który kładzie nacisk na przechowywanie przez aktywowany LTM, musi być uzupełniony o jakiś dodatkowy mechanizm, który może reprezentować kolejność szeregową wielu tokenów. Mechanizm ten musi być w stanie wykonać operację wiązania zmiennych wymaganą do konstruowania nowych reprezentacji. Ten dodatkowy mechanizm byłby wówczas równoznaczny z tym, co konwencjonalnie uważano za magazyn krótkoterminowy. W rzeczywistości powstały model bardzo przypominałby istniejące modele obliczeniowe STM. Niektórzy mogą nadal wolą opisywać to, mówiąc, że STM jest aktywowanym trybem LTM. Jeśli wyjaśnią, że musi istnieć jakiś dodatkowy mechanizm i wyjaśnią, jak ten mechanizm działa, przynajmniej będziemy wiedzieć, co mają na myśli.


Mechanika Potencjału Działania

Synapsa to miejsce, w którym zachodzi wymiana chemiczna lub elektryczna między komórkami presynaptycznymi i postsynaptycznymi.

Cele nauczania

Podsumuj znaczenie synapsy dla komunikacji neuroprzekaźników

Kluczowe dania na wynos

Kluczowe punkty

  • Receptory to pory, które przepuszczają sygnały chemiczne lub elektryczne do komórki postsynaptycznej. Istnieją dwa główne typy receptorów: kanały jonowe bramkowane ligandami, które odbierają neuroprzekaźniki, oraz receptory sprzężone z białkiem g, które tego nie robią.
  • Istnieją dwa rodzaje możliwych reakcji w synapsie: reakcja chemiczna lub reakcja elektryczna.
  • Podczas reakcji chemicznej neuroprzekaźniki wyzwalają otwarcie bramkowanych ligandami kanałów jonowych na błonie komórki postsynaptycznej, co skutkuje modyfikacją składu chemicznego wnętrza komórki, a w niektórych przypadkach struktury fizycznej.
  • W reakcji elektrycznej na ładunek elektryczny jednej komórki wpływa druga.
  • Chociaż synapsy elektryczne wywołują szybsze reakcje, synapsy chemiczne powodują silniejsze, bardziej złożone zmiany w komórce postsynaptycznej.

Kluczowe terminy

  • pęcherzyk: Przedział związany z błoną znajdujący się w komórce.
  • potencjał czynnościowy: Krótkotrwała zmiana potencjału elektrycznego, który przemieszcza się wzdłuż komórki, takiej jak włókno nerwowe lub mięśniowe, i umożliwia komunikację nerwową.
  • depolaryzacja: Akt pozbawienia polaryzacji lub rezultat takiego działania sprowadzenie do stanu niespolaryzowanego.
  • potencjał błonowy: Napięcie w błonie komórkowej, z wnętrzem w stosunku do zewnętrza.

Synapsy

Synapsa to węzeł, w którym neurony wymieniają informacje.Nie jest to fizyczny składnik komórki, ale raczej nazwa luki między dwiema komórkami: komórką presynaptyczną (dającą sygnał) i komórką postsynaptyczną (odbierającą sygnał). Istnieją dwa rodzaje możliwych reakcji w synapsie – chemiczne lub elektryczne. Podczas reakcji chemicznej substancja chemiczna zwana neuroprzekaźnikiem jest uwalniana z jednej komórki do drugiej. W reakcji elektrycznej na ładunek elektryczny jednej komórki wpływa ładunek sąsiedniej komórki.

Elektryczna odpowiedź neuronu na wiele sygnałów synaptycznych: Reakcje synaptyczne sumują się w celu doprowadzenia neuronu postsynaptycznego do progu wzbudzenia, aby mógł wystrzelić potencjał czynnościowy (reprezentowany przez szczyt na wykresie).

Wszystkie synapsy mają kilka wspólnych cech:

  • Komórka presynaptyczna: wyspecjalizowany obszar w aksonie komórki przekazującej, który przekazuje informacje do dendrytu komórki odbierającej.
  • Szczelina synaptyczna: mała przestrzeń w synapsie, która odbiera neuroprzekaźniki.
  • Receptory sprzężone z białkiem G: receptory, które wyczuwają cząsteczki na zewnątrz komórki i tym samym aktywują w niej sygnały.
  • Kanały jonowe bramkowane ligandem: receptory, które są otwierane lub zamykane w odpowiedzi na wiązanie przekaźnika chemicznego.
  • Komórka postsynaptyczna: wyspecjalizowany obszar w dendrycie komórki przyjmującej, który zawiera receptory przeznaczone do przetwarzania neuroprzekaźników.

Synapsa Elektryczna

Etapy reakcji elektrycznej w synapsie są następujące:

  1. Potencjał spoczynkowy. Błona neuronu jest normalnie w stanie spoczynku z ustalonym stężeniem jonów sodu (Na+) i potasu (K+) po obu stronach. Potencjał błony (lub napięcie na błonie) w tym stanie wynosi -70 mV, przy czym wnętrze jest ujemne w stosunku do zewnętrza.
  2. Depolaryzacja. Bodziec rozpoczyna depolaryzację błony. Depolaryzacja, określana również jako „wzrost”, występuje, gdy dodatnio naładowane jony sodu (Na+) nagle wpadają przez otwarte bramki sodowe do komórki nerwowej. Jeśli potencjał błonowy osiągnie -55 mV, osiągnął próg wzbudzenia. Dodatkowy sód wpada do środka, a błona stymulowanej komórki faktycznie odwraca swoją polaryzację, tak że zewnętrzna strona błony jest ujemna w stosunku do wnętrza. Zmiana napięcia stymuluje otwieranie dodatkowych kanałów sodowych (zwanych kanałem jonowym bramkowanym napięciem), zapewniając tak zwaną pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego. Ostatecznie potencjał komórki osiąga +40 mV, czyli potencjał czynnościowy.
  3. Repolaryzacja. “downswing” repolaryzacji jest spowodowany zamknięciem kanałów jonów sodu i otwarciem kanałów jonów potasu, co skutkuje uwolnieniem dodatnio naładowanych jonów potasu (K+) z komórki nerwowej. To wydalenie działa w celu przywrócenia zlokalizowanego ujemnego potencjału błonowego komórki.
  4. Faza ogniotrwała. Faza ogniotrwałości to krótki okres czasu po etapie repolaryzacji. Krótko po otwarciu bramek sodowych zamykają się i przechodzą w nieaktywną konformację, w której potencjał błonowy komórki jest w rzeczywistości nawet niższy niż jego wartość wyjściowa -70 mV. Bramki sodowe nie mogą być ponownie otwarte, dopóki membrana nie zostanie całkowicie repolaryzowana do swojego normalnego potencjału spoczynkowego, -70 mV. Pompa sodowo-potasowa zwraca jony sodu na zewnątrz, a jony potasu do środka. Podczas fazy ogniotrwałej ten konkretny obszar błony komórki nerwowej nie może ulec depolaryzacji, komórka nie może być wzbudzona.

Synapsy chemiczne

Proces reakcji chemicznej w synapsie ma kilka istotnych różnic w stosunku do reakcji elektrycznej. Synapsy chemiczne są znacznie bardziej złożone niż synapsy elektryczne, co czyni je wolniejszymi, ale także pozwala na generowanie różnych wyników. Podobnie jak reakcje elektryczne, reakcje chemiczne obejmują modyfikacje elektryczne w błonie postsynaptycznej, ale reakcje chemiczne również wymagają do działania przekaźników chemicznych, takich jak neuroprzekaźniki.

Synapsy neuronowe i chemiczne: Ten obraz przedstawia impulsy elektryczne przemieszczające się między neuronami, wstawka pokazuje reakcję chemiczną zachodzącą w synapsie.

Podstawowa reakcja chemiczna w synapsie przechodzi kilka dodatkowych etapów:

  1. Potencjał czynnościowy (który występuje, jak opisano powyżej) przemieszcza się wzdłuż błony komórki presynaptycznej, aż dotrze do synapsy. Elektryczna depolaryzacja błony w synapsie powoduje otwarcie kanałów, które są selektywnie przepuszczalne, co oznacza, że ​​konkretnie przepuszczają tylko dodatnie jony sodu (Na+).
  2. Jony przepływają przez błonę presynaptyczną, gwałtownie zwiększając ich stężenie we wnętrzu.
  3. Wysokie stężenie aktywuje zestaw wrażliwych na jony białek przyłączonych do pęcherzyków, które są małymi przedziałami błonowymi zawierającymi neuroprzekaźnik chemiczny.
  4. Białka te zmieniają kształt, powodując, że błony niektórych „zadokowanych” pęcherzyków łączą się z błoną komórki presynaptycznej. To otwiera pęcherzyki, które uwalniają ich zawartość neuroprzekaźników do szczeliny synaptycznej, wąskiej przestrzeni między błonami komórek pre- i postsynaptycznych.
  5. Neuroprzekaźnik dyfunduje w szczelinie. Część z nich ucieka, ale reszta wiąże się z cząsteczkami receptora chemicznego zlokalizowanymi na błonie komórki postsynaptycznej.
  6. Wiązanie neuroprzekaźnika powoduje w pewien sposób aktywację cząsteczki receptora. Możliwych jest kilka rodzajów aktywacji, w zależności od rodzaju uwolnionego neuroprzekaźnika. W każdym razie jest to kluczowy etap, w którym proces synaptyczny wpływa na zachowanie komórki postsynaptycznej.
  7. Z powodu wstrząsów termicznych cząsteczki neuroprzekaźników w końcu odrywają się od receptorów i odpływają.
  8. Neuroprzekaźnik jest albo ponownie wchłaniany przez komórkę presynaptyczną i pakowany do przyszłego uwolnienia, albo jest rozkładany metabolicznie.

Różnice między synapsami elektrycznymi i chemicznymi

  • Synapsy elektryczne są szybsze niż synapsy chemiczne, ponieważ receptory nie muszą rozpoznawać przekaźników chemicznych. Opóźnienie synaptyczne dla synapsy chemicznej wynosi zwykle około 2 milisekundy, podczas gdy opóźnienie synaptyczne dla synapsy elektrycznej może wynosić około 0,2 milisekundy.
  • Ponieważ synapsy elektryczne nie angażują neuroprzekaźników, neuroprzekaźnictwo elektryczne jest mniej modyfikowalne niż neuroprzekaźnictwo chemiczne.
  • Odpowiedź jest zawsze tym samym znakiem co źródło. Na przykład depolaryzacja błony presynaptycznej zawsze będzie indukować depolaryzację błony postsynaptycznej i odwrotnie, w przypadku hiperpolaryzacji.
  • Odpowiedź w neuronie postsynaptycznym ma generalnie mniejszą amplitudę niż źródło. Stopień osłabienia sygnału wynika z oporności błony neuronów presynaptycznych i postsynaptycznych.
  • W synapsach elektrycznych można zaobserwować długoterminowe zmiany. Na przykład zmiany w synapsach elektrycznych w siatkówce są widoczne podczas adaptacji jasnej i ciemnej siatkówki.

Publikacje

Badania nad funkcjonalnym neuroobrazowaniem sugerują, że selektywne względem kategorii regiony kory wzrokowej, w tym brzuszna kora skroniowa (VTC), mogą być reaktywowane endogennie poprzez obrazowanie i przypominanie. Reprezentacja twarzy w systemie łatek na twarz małpy została dobrze przebadana i jest atrakcyjną dziedziną, w której można badać te procesy u ludzi. W VTC 8 pacjentów (4 kobiety) poddawanych inwazyjnemu monitorowaniu pod kątem operacji padaczki wszczepiono mikroelektrody. Większość (26 z 33) jednostek selektywnych względem kategorii wykazywała swoistość dla bodźców twarzowych. Różne wzory twarzy wywoływały spójne i rozróżnialne odpowiedzi w populacji badanych jednostek. Podczas swobodnego przypominania, jednostki selektywne dla twarzy były preferencyjnie reaktywowane w przypadku braku stymulacji wzrokowej podczas 2-sekundowego okna poprzedzającego zdarzenia związane z przypominaniem twarzy. Ponadto pokazujemy, że u co najmniej 1 osoby tożsamość przypomnianej twarzy można było przewidzieć, porównując aktywność poprzedzającą zdarzenia przypominające z aktywnością wywołaną stymulacją wzrokową. Pokazujemy, że jednostki selektywne wobec twarzy w ludzkim VTC są reaktywowane endogennie i przedstawiamy wstępne dowody na to, że spójne reprezentacje poszczególnych modeli twarzy są specyficznie reaktywowane w ten sposób.

Spontaniczna aktywność ludzkiego mózgu została dobrze udokumentowana, ale niewiele wiadomo na temat funkcjonalnej roli tego wszechobecnego zjawiska neuronowego. Wcześniej postawiono hipotezę, że spontaniczna aktywność mózgu leży u podstaw nienapomnianego (wewnętrznie generowanego) zachowania. Przetestowaliśmy, czy spontaniczna aktywność mózgu może leżeć u podstaw wewnętrznie generowanego widzenia, badając korowy układ wzrokowy pięciu osób niewidomych/niedowidzących, które doświadczają żywych halucynacji wzrokowych (zespół Charlesa Bonneta). Populacje neuronalne w układzie wzrokowym tych osobników pozbawione są bodźców zewnętrznych, co może prowadzić do ich nadwrażliwości na spontaniczne wahania aktywności. Aby sprawdzić, czy te spontaniczne fluktuacje mogą podtrzymywać halucynacje wzrokowe, czynnościową aktywność mózgu MRI uczestników z zespołem Charlesa Bonneta uzyskaną podczas zgłaszania halucynacji (spontaniczne wewnętrznie generowane widzenie) porównano z: (i) aktywnością mózgu wywołaną widzeniem ( widzenie wyzwalane zewnętrznie) u widzących kontroli, którym przedstawiono wizualną symulację strumieni halucynacyjnych i (ii) aktywność mózgu niemającej halucynacji niewidomych kontroli podczas obrazowania wzrokowego (wewnętrznie generowane widzenie). Wszystkie warunki wykazały aktywność obejmującą duże części układu wzrokowego. Jednak tylko stan halucynacji u uczestników zespołu Charlesa Bonneta wykazywał wyjątkową dynamikę czasową, charakteryzującą się powolnym narastaniem aktywności nerwowej przed zgłaszanym wystąpieniem halucynacji. To nagromadzenie było najbardziej widoczne we wczesnej korze wzrokowej, a następnie zanikało wzdłuż hierarchii wzrokowej. Wyniki te sugerują, że przy braku zewnętrznych bodźców wzrokowych nagromadzenie spontanicznych fluktuacji we wczesnej korze wzrokowej może aktywować hierarchię wzrokową, wywołując w ten sposób doświadczenie widzenia.

Sieć trybów domyślnych (DMN) to grupa obszarów mózgu wyższego rzędu, które ostatnio zaangażowane są w przetwarzanie zewnętrznych zdarzeń naturalistycznych, jednak nie jest jasne, jakiej funkcji poznawczej służy. Zidentyfikowaliśmy tutaj stany poznawcze predykcyjne dla koaktywacji DMN fMRI. W szczególności opracowaliśmy analizę wzorca fluktuacji stanu, dopasowując koaktywacje sieciowe w krótkim filmie z retrospektywnym próbkowaniem behawioralnym zdarzeń filmowych. Koaktywacja sieci była selektywnie skorelowana ze stanem zaskoczenia w wydarzeniach filmowych, w porównaniu do wszystkich innych stanów poznawczych (np. emocji, wyrazistości). Efekt był wykazywany w DMN, ale nie uwagi grzbietowej lub sieci wzrokowych. Ponadto stwierdzono, że zaskoczenie pośredniczy w koaktywacji DMN z hipokampem i jądrem półleżącym. Te nieoczekiwane odkrycia wskazują, że DMN jest głównym ośrodkiem reprezentacji błędów predykcyjnych wysokiego poziomu.

Wahania w stanie spoczynku są wszechobecnym i szeroko badanym zjawiskiem ludzkiego mózgu, jednak w dużej mierze nie mamy pojęcia o ich funkcji w ludzkim poznaniu. Tutaj zbadaliśmy hipotezę, że fluktuacje stanu spoczynku leżą u podstaw generowania wolnych i twórczych ludzkich zachowań. W naszym eksperymencie uczestnicy zostali poproszeni o wykonanie trzech dobrowolnych zadań werbalnych: zadania fluencji słownej, zadania kreatywności werbalnej i zadania myślenia rozbieżnego podczas funkcjonalnego skanowania rezonansem magnetycznym. Aktywność zależna od poziomu natlenienia krwi (BOLD) podczas tych zadań została skontrastowana z kontrolno-deterministycznym zadaniem słownym, w którym zachowanie było w pełni determinowane przez bodźce zewnętrzne. Nasze wyniki ujawniają, że wszystkie dobrowolne odpowiedzi werbalno-generacyjne wykazywały stopniowe, przewidywalne narastanie, które poprzedzało deterministyczne reakcje związane z kontrolą. Krytycznie, dynamika czasowo-częstotliwościowa tych przewidywanych nagromadzeń była istotnie skorelowana z dynamiką fluktuacji stanu spoczynku. Te korelacje nie były ogólnymi wynikami związanymi z BOLD lub odpowiedziami werbalnymi, ponieważ nie zostały znalezione podczas zewnętrznie określonego warunku kontroli werbalnej. Co więcej, znajdowały się w obszarach mózgu, o których wiadomo, że biorą udział w produkcji języka, a konkretnie w lewym dolnym zakręcie czołowym. Wyniki te sugerują wspólną funkcję fluktuacji stanu spoczynku jako mechanizmu nerwowego odpowiedzialnego za generowanie swobodnych i kreatywnych zachowań w korze ludzkiej.

Obrazowanie ludzkiego mózgu zazwyczaj wykorzystuje ustrukturyzowane i kontrolowane zadania, aby uniknąć zmiennych i niespójnych wzorców aktywacji. W tym miejscu rozszerzamy to założenie, pokazując, że niezwykle otwarte, wysokopoziomowe zadanie poznawcze, polegające na myśleniu o treści abstrakcyjnej, luźno definiowanej jako „myślenie abstrakcyjne” – prowadzi do wysoce spójnych map aktywacji. W szczególności pokazujemy, że mapy aktywacji generowane podczas takiego procesu poznawczego były precyzyjnie zlokalizowane względem granic znanych sieci, takich jak mowa wewnętrzna, obrazy wizualne i motoryczne. Wzorce aktywacji umożliwiły dekodowanie stanu myśli przy >95%. Co zaskakujące, aktywowane sieci pozostały takie same niezależnie od zmian treści myśli. Wreszcie znaleźliśmy niezwykle spójne mapy aktywacji u osób zaangażowanych w myślenie abstrakcyjne. Ta aktywacja graniczyła, ale ściśle unikała sieci wzrokowych i ruchowych. Z drugiej strony pokrywał się on z sieciami języków lewicowo-lateralnych. Aktywacja sieci trybu domyślnego (DMN) podczas abstrakcyjnego myślenia była podobna do aktywacji DMN podczas odpoczynku. Obserwacje te zostały poparte ilościową analizą metryczną odległości neuronalnej. Nasze wyniki pokazują, że pomimo wysokiego poziomu i zróżnicowanej treści – myślenie abstrakcyjne aktywuje zaskakująco precyzyjne i spójne sieci w mózgach uczestników.

Unikalny profil silnych i słabych cech poznawczych charakteryzujących każdą jednostkę ma fundamentalne znaczenie, jednak ich neurofizjologiczne podstawy pozostają nieuchwytne. W tym miejscu przedstawiamy pomiary elektroencefalogramu wewnątrzczaszkowego (iEEG) u ludzi, wskazujące na „szum” korowy w stanie spoczynku jako możliwą cechę neurofizjologiczną, która ogranicza zdolność rozpoznawania wzrokowego. Pokazujemy, że amplitudy wolnych (

Głównym ograniczeniem konwencjonalnych badań nad ludzkim mózgiem jest ich podstawa w wysoce sztucznych eksperymentach laboratoryjnych. Ze względu na ograniczenia techniczne niewiele wiadomo o naturze aktywacji korowych w prawdziwym życiu ekologicznym. Zaproponowaliśmy wcześniej hipotezę „spontanicznej reaktywacji cech (STR)”, argumentując, że wzorce stanu spoczynku, które pojawiają się spontanicznie przy braku bodźca zewnętrznego, odzwierciedlają statystyki nawykowych aktywacji kory mózgowej podczas rzeczywistego życia. Dlatego te wzorce mogą służyć jako okno na codzienną aktywność korową. Prostym przewidywaniem tej hipotezy jest to, że spontaniczne wzorce powinny preferencyjnie korelować z wzorcami generowanymi przez bodźce naturalistyczne w porównaniu ze sztucznymi. Tutaj skupiliśmy się na selektywnych względem kategorii obszarach wizualnych wysokiego poziomu i przetestowaliśmy tę prognozę, porównując wzorce funkcjonalnej łączności BOLD utworzone podczas odpoczynku z wzorcami utworzonymi w odpowiedzi na bodźce naturalistyczne, a także z bardziej sztucznymi, selektywnymi względem kategorii, dynamicznymi bodźcami. Nasze wyniki ujawniły istotną korelację między wzorcami stanu spoczynku a wzorcami łączności funkcjonalnej generowanymi przez bodźce naturalistyczne. Co więcej, korelacje z bodźcami naturalistycznymi były znacznie wyższe niż te stwierdzone między wzorcami stanu spoczynku a tymi generowanymi przez sztuczne bodźce kontrolne. Odkrycia te dostarczają dowodów na ścisły związek między spontanicznymi wzorcami a wzorcami aktywacji podczas naturalnego widzenia.

Odkrycie, że głębokie konwolucyjne sieci neuronowe (DCNN) osiągają ludzką wydajność w realistycznych zadaniach, oferuje nowe możliwości łączenia właściwości strojenia neuronowego z takimi zadaniami. Tutaj pokazujemy, że geometria przestrzeni twarzowej, ujawniona przez podobieństwa aktywacji parami, grup neuronalnych selektywnych względem twarzy, zarejestrowanych wewnątrzczaszkowo u 33 pacjentów, znacząco pasuje do geometrii DCNN posiadającej możliwości rozpoznawania twarzy na poziomie człowieka. Ta zbieżna ewolucja podobieństw wzorców w sieciach biologicznych i sztucznych podkreśla znaczenie geometrii przestrzeni twarzy w percepcji twarzy. Co więcej, charakter dopasowania neuronów do DCNN sugeruje rolę obszarów ludzkiej twarzy w obrazowych aspektach percepcji twarzy. Najpierw dopasowanie ograniczono do pośrednich warstw DCNN. Po drugie, przedstawienie DCNN manipulacji obrazem zachowujących tożsamość zniosło jego korelację z odpowiedziami neuronalnymi. Wreszcie, jednostki DCNN dopasowane do strojenia ludzkich grup neuronowych wykazywały selektywne pola receptywne z punktu widzenia. Nasze wyniki pokazują, jak ważna jest geometria przestrzeni twarzowej w obrazowych aspektach percepcji ludzkiej twarzy.

Fale ostrej fali hipokampa (SWR) stanowią jedno z najbardziej zsynchronizowanych zdarzeń aktywacyjnych w mózgu i odgrywają kluczową rolę w konsolidacji pamięci offline. Jednak ich treść poznawcza i funkcja podczas świadomego zachowania pozostają niejasne. Bezpośrednio zbadaliśmy to pytanie za pomocą nagrań śródczaszkowych u pacjentów ludzkich zaangażowanych w epizodyczne swobodne przywoływanie wcześniej oglądanych zdjęć. Nasze wyniki ujawniają selektywny pod względem treści wzrost częstości tętnienia hipokampa pojawiający się 1 do 2 sekund przed zdarzeniami przypominającymi. Podczas wspominania, obszary wzrokowe wyższego rzędu wykazywały wyraźne ponowne pojawienie się wzorców aktywacji związanych z przywołaną treścią, sprzężoną z SWR. Wreszcie, współczynnik SWR podczas kodowania przewidywał późniejszą wydajność bezpłatnego przywracania. Wyniki te wskazują na rolę hipokampa SWR w wyzwalaniu spontanicznych wspomnień i koordynowaniu przywracania reprezentacji korowych podczas swobodnego odzyskiwania pamięci epizodycznej.

Sygnały z siatkówki są często tracone z powodu mrugnięć oczami, ale ludzie rzadko zauważają te luki w bodźcach wzrokowych. Chociaż poprzednie badania koncentrowały się na percepcyjnych i neuronalnych korelatach zmniejszonej świadomości do mrugnięć, wpływ tych korelatów na postrzegany czas towarzyszących zdarzeń jest nieznany. Tutaj zbadaliśmy, czy subiektywne poczucie czasu jest zmienione przez spontaniczne mrugnięcia. Odkryliśmy, że uczestnicy (N = 22) istotnie zaniżali czas trwania bodźca wzrokowego, gdy spontaniczne mrugnięcie wystąpiło podczas prezentacji bodźca i że to niedoszacowanie było skorelowane z czasem trwania mrugnięcia u poszczególnych uczestników. Co ważne, efekt nie był obecny, gdy oceniano czas trwania bodźca słuchowego (N = 23). Wyniki wskazują na związek między spontanicznymi mrugnięciami, które, jak wykazano wcześniej, indukują tłumienie aktywności w korze wzrokowej, a kompresją czasu subiektywnego. Sugerują, że trwające kodowanie w obrębie kory czuciowej specyficznej dla modalności, niezależne od świadomej świadomości, informuje o subiektywnym poczuciu czasu.

Teoretycy i praktycy filmowi sugerują, że ruch można manipulować w scenach filmowych, aby wywołać reakcje emocjonalne u widzów. Jednak nasze rozumienie roli ruchu w percepcji emocji pozostaje ograniczone.Z jednej strony filmy nieustannie przedstawiają lokalny ruch-ruchy obiektów i ludzi, które są kluczowe dla generowania reakcji emocjonalnych. Sceny filmowe często przedstawiają również globalny ruch, wywoływany głównie przez duże ruchy kamery, a globalny ruch jest kolejnym źródłem informacji wykorzystywanych przez mózg podczas naturalnego widzenia. Tutaj użyliśmy funkcjonalnego MRI, aby wyjaśnić wpływ lokalnego i globalnego ruchu na percepcję emocji podczas oglądania filmów. Badani obserwowali długie (1 min) fragmenty filmu przedstawiające treści emocjonalne lub neutralne. Aktywność mózgu w obszarach, które wykazywały preferencyjne reakcje na treść emocjonalną, była z czasem silnie powiązana z wahaniami globalnego ruchu w całej klatce oraz, w mniejszym stopniu, z informacjami o ruchu lokalnym. Podobnie silniejsze reakcje na treści emocjonalne zostały zarejestrowane w regionach zainteresowania, których aktywność była dostosowana do globalnego i lokalnego ruchu w czasie. Ponieważ podczas auto-ruchu doznawane są globalne pola ruchu, sugerujemy, że ruchy kamery mogą wywoływać u widzów iluzoryczne podpowiedzi auto-ruchu, które wchodzą w interakcję z narracją filmu i innymi emocjonalnymi wskazówkami w generowaniu reakcji afektywnych.

W przypadku braku zadania ludzki mózg wchodzi w tryb powolnych spontanicznych fluktuacji. Podstawowym, nierozwiązanym pytaniem jest, czy te fluktuacje trwają, a zatem utrzymują się podczas angażowania się w zadanie, czy też są wygaszane i zastępowane przez aktywacje związane z zadaniami. Tutaj zbadaliśmy ten problem w ludzkiej korze wzrokowej za pomocą fMRI. Uczestników poproszono o wykonanie zadania rozpoznawania losowo pojawiających się twarzy i celów niebędących twarzami (stan z obserwacją) lub bierne ich obserwowanie (stan bez opieki). Co ważne, w około połowie badań wszystkie bodźce czuciowe były nieobecne. Nasze wyniki pokazują, że nawet przy braku bodźców spontaniczne fluktuacje były tłumione przez uwagę. Efekt wystąpił we wczesnej korze wzrokowej, a także w obszarach sieci uwagi czołowo-ciemieniowej. Podczas nienadzorowanych prób fluktuacje aktywności były ujemnie powiązane ze średnicą źrenicy, argumentując przeciwko fluktuacjom uwagi jako przyczynie efektu. Wyniki pokazują, że spontaniczne fluktuacje nie pozostają niezmienione podczas wykonywania zadania, ale są raczej modulowane zgodnie z wymaganiami behawioralnymi i poznawczymi.

Aby wyjaśnić mechanizmy przyczyniające się do patologii korowej w stwardnieniu rozsianym (MS), zbadaliśmy aberracje nerwowo-naczyniowe, w szczególności związek astrocytów z neuronami korowymi i naczyniami krwionośnymi, u myszy wywołanych eksperymentalnym autoimmunologicznym zapaleniem mózgu i rdzenia (EAE). Dysfunkcja bariery krew-mózg (BBB) ​​była widoczna przez wyciek wskaźnika fluoresceiny sodowej, wraz ze zmniejszoną ekspresją klaudyny-5 przez komórki śródbłonka i desminy przez pericyty. Analizy immunohistologiczne i ultrastrukturalne wykazały oderwanie ciał komórek astrogleju od naczyń krwionośnych i utratę ich połączeń zarówno z naczyniami krwionośnymi, jak i synapsami neuronalnymi. Co więcej, badanie poszczególnych procesów astrocytowych w IV warstwie korowej, gdzie dobrze zdefiniowane kolumny neuronalne (beczki) są powiązane z właściwościami funkcjonalnymi, ujawniło utratę astrocytów w funkcjonalnych granicach neuronalnych. Tak więc, w przeciwieństwie do silnie modulowanych obszarów procesów astrocytowych u naiwnych myszy, zachodzących na rdzenie beczkowate, u myszy EAE-myszy rozkład procesu był równomierny, z pominięciem granic beczkowatych. Aberracje te przypisuje się otaczającemu zapaleniu, na co wskazuje obecność limfocytów T w korze, a także w podkorowej istocie białej i oponach mózgowych. Leczenie immunomodulujące octanem glatirameru częściowo znosiło uszkodzenie nerwowo-naczyniowe. Te połączone odkrycia wskazują, że w stanach zapalnych aktywowane astrocyty okołonaczyniowe zawodzą w sprzężeniu neurohemodynamicznym, co skutkuje zablokowaniem połączenia między naczyniami krwionośnymi a neuronami. Proponujemy, że utrata regulacji astrocytów korowych i dostrojenia między dopływem krwi a potrzebami neuronalnymi przyczynia się do zaburzeń neurologicznych i pogorszenia funkcji poznawczych występujących w EAE/MS, jak również do progresji choroby.

Poproszeni o swobodne przywoływanie przedmiotów z wcześniej zdefiniowanego zestawu (np. zwierząt), rzadko przywołujemy niewłaściwy wzór (np. warzywo). Ta zdolność jest tak potężna i bezwysiłkowa, że ​​zasadniczo uważa się ją za pewnik, jednak, co zaskakujące, leżące u podstaw mechanizmy neuronalne są nieznane. Tutaj badamy ten mechanizm wyznaczania granic za pomocą zapisów wewnątrzczaszkowych (ECoG) u 12 pacjentów poddawanych monitorowaniu padaczki, zaangażowanych w epizodyczne przywracanie swobodne. Po obejrzeniu żywych fotografii z dwóch kategorii (słynne twarze i miejsca) pacjenci zostali poproszeni o swobodne przywoływanie tych elementów, kierując każdą kategorię w osobnych blokach. Nasze wyniki ujawniają szybki i trwały wzrost aktywności neuronalnej („przesunięcie linii podstawowej”) w obszarach wzrokowych wyższego rzędu, który utrzymuje się przez cały okres swobodnego przypominania i odzwierciedla docelową kategorię. Dalej pokazujemy bardziej przejściową reaktywację powiązaną z indywidualnymi zdarzeniami przypominania. Wyniki wskazują na przesunięcie linii bazowej jako elastyczny mechanizm odgórny, który powoduje, że spontaniczne przypominanie pozostaje w wymaganych granicach kategorii.

Idea, że ​​abstrakcyjne słowa są ugruntowane w naszym doświadczeniu sensomotorycznym, zyskuje poparcie i popularność, co można zaobserwować w coraz większej liczbie badań dotyczących „neurosmantyki”. Dlatego ważne jest, aby stworzyć modele wyjaśniające, jak wypełnić lukę między podstawowymi doświadczeniami cielesnymi a abstrakcyjnym językiem. Ten artykuł skupia się na ucieleśnieniu konotacji, takich jak „słodkie” w „sweet baby”, gdzie przymiotnik został wyabstrahowany z jego konkretnego i ucieleśnionego sensu. Podsumowujemy kilka ustaleń z ostatnich badań w dziedzinie neuronauki i nauk kognitywnych, które sugerują, że emocje, ciało i język są trzema czynnikami wymaganymi do zrozumienia pojawiania się abstrakcyjnych słów, oraz (1) proponujemy model wyjaśniający, w jaki sposób te czynniki przyczyniają się do powstawania skojarzeń , (2) sformułować model obliczeniowy będący konkretyzacją naszego modelu teoretycznego oraz (3) przetestować nasz model w zadaniu polegającym na automatycznej identyfikacji konotacji. Wyniki potwierdzają nasz model, wskazując na rolę ucieleśnienia w tworzeniu konotacji.

Kluczowym znakiem rozpoznawczym wzrokowej świadomości percepcyjnej jest odporność na niestabilności wynikające z niezauważalnych ruchów oczu i powiek. W poprzednich pracach nad ludzkimi śródczaszkami (iEEG) (Golan et al., 2016) odkryliśmy, że przejściowe pobudzenia szerokopasmowej aktywności o wysokiej częstotliwości, wywołane mruganiem oczami, są tłumione w korze wzrokowej wyższego poziomu, ale nie we wczesnym stadium. W tym przypadku wykorzystaliśmy szeroki zakres anatomiczny zapisów iEEG u 12 pacjentów neurochirurgicznych z kontrolą wzroku, aby sprawdzić, czy podobny mechanizm stabilizujący działa po małych sakadach. Porównaliśmy sakkady (1,3–3,7 stopnia) zainicjowane podczas oględzin dużych pojedynczych obiektów wizualnych z przemieszczeniami bodźców zewnętrznych o podobnej wielkości. Wczesne miejsca w korze wzrokowej reagowały pozytywnymi stanami przejściowymi na oba stany. W przeciwieństwie do tego, zarówno w grzbietowych, jak i brzusznych miejscach wyższego poziomu reakcja na sakady (ale nie na przemieszczenia zewnętrzne) była stłumiona. Odkrycia te wskazują, że wczesna kora wzrokowa jest wysoce niestabilna w porównaniu z obszarami wzrokowymi wyższego poziomu, które najwyraźniej stanowią główny cel stabilizacji pozasiatkówkowych wpływów okoruchowych.

Zakręt wrzecionowaty (FG) jest ważnym węzłem w sieci przetwarzania twarzy, ale wiedza na temat jego przyczynowej roli w percepcji twarzy jest obecnie ograniczona. Ostatnie prace wykazały, że stymulacja o wysokiej częstotliwości zastosowana do FG zniekształca percepcję twarzy u ludzi (Parvizi i in. [2012]: J Neurosci 32: 14915-14920). Jednak czas trwania tego procesu w FG w stosunku do początku bodźca i przestrzenny zakres roli FG w percepcji twarzy jest nieznany. Tutaj badamy przyczynową rolę FG w percepcji twarzy, stosując precyzyjną, związaną ze zdarzeniem stymulację elektryczną (ES) do obszarów wzrokowych wyższego rzędu, w tym FG, u sześciu pacjentów poddanych monitorowaniu wewnątrzczaszkowemu pod kątem padaczki. Porównaliśmy wpływ pojedynczych krótkich (100 ls) impulsów elektrycznych z obszarami wizualnymi FG i nieselektywnymi dla twarzy na szybkość i dokładność wykrywania zniekształconych twarzy. Krótkie ES zastosowane do miejsc selektywnych na twarz nie wpłynęło na dokładność, ale znacznie wydłużyło czas reakcji (RT) wykrywania zniekształceń twarzy. Co ważne, RT zmieniono tylko wtedy, gdy ES zastosowano 100 ms po pojawieniu się objawów wizualnych i w miejscach selektywnych na twarz, ale nie w miejscach selektywnych. Ponadto ES zastosowany do obszarów selektywnych względem twarzy zmniejszył amplitudę wizualnych potencjałów wywołanych i wysoką moc gamma w tym oknie czasowym. Łącznie wyniki te sugerują, że ES regionów selektywnych względem twarzy w krytycznym oknie czasowym powoduje opóźnienie w percepcji twarzy. Odkrycia te potwierdzają czasowo i przestrzennie specyficzną przyczynową rolę obszarów selektywnych na twarz i wskazują na ważny związek między elektrofizjologią a zachowaniem w percepcji twarzy. (C) 2017 Wiley Periodicals, Inc.

Osoby urodzone bez jednej ręki (wrodzone jednoręczne) stanowią unikalny model zrozumienia związku między reorganizacją ogniskową w korze czuciowo-ruchowej a codziennym zachowaniem. Wcześniej pisaliśmy, że terytorium brakującej ręki jednoręcznych jest wykorzystywane przez sąsiada korowego (pozostała reprezentacja ramienia), w zależności od resztkowego użycia ręki w życiu codziennym, w celu zastąpienia funkcji brakującej ręki [1, 2]. Jednak repertuar zachowań kompensacyjnych może polegać na wykorzystaniu innych części ciała, które nie sąsiadują korowo z obszarem ręki. W związku z tym schemat reorganizacji mózgu może być bardziej rozległy [3]. Tutaj badaliśmy nieograniczone strategie kompensacyjne w warunkach ekologicznych u osób jednoręcznych, a także zmiany w aktywacji, łączności i profilu neurochemicznym w obszarze korowym brakującej ręki. Odkryliśmy, że zachowania kompensacyjne osób jednoręcznych obejmują wiele części ciała (resztki rąk, warg i stóp). Ten zróżnicowany profil kompensacyjny wiązał się z reorganizacją korową na dużą skalę, niezależnie od odległości korowej od obszaru ręki. Wszystkie reprezentacje tych części ciała, które zastąpiły funkcję ręki, zostały zmapowane na obszarze korowym brakującej ręki, o czym świadczy fMRI oparte na zadaniach i w stanie spoczynku. Terytorium brakującej ręki wykazywało również obniżone poziomy GABA, co sugeruje zmniejszenie selektywności połączeń, aby umożliwić ekspresję różnych sygnałów wejściowych korowych. Ponieważ te same części ciała używane do celów kompensacyjnych są tymi, które wykazują zwiększoną reprezentację w obszarze brakującej ręki, sugerujemy, że typowe terytorium ręki niekoniecznie musi reprezentować tę rękę per se, ale raczej każdą inną część ciała, która dzieli funkcjonalność z brakującą ręką [4].

Nieodłączne ograniczenie badań ludzkiego układu wzrokowego wynika z ich zależności od ściśle kontrolowanych warunków laboratoryjnych. Przetwarzanie wizualne w rzeczywistym świecie znacznie różni się od takich kontrolowanych warunków. W szczególności podczas naturalnego widzenia nieustannie próbkujemy dynamiczne środowisko poprzez zmienne ruchy oczu, które prowadzą do naturalnej niestabilności obrazu optycznego. Mechanizm neuronalny, dzięki któremu ludzka percepcja pozostaje stabilna w tych naturalnych warunkach, pozostaje nieznany. Tutaj zbadaliśmy mechanizm neuronalny, który może przyczyniać się do takiej stabilności, tj. stopień, w jakim odpowiedzi neuronalne pozostają niezmienne w stosunku do parametrów okoruchowych i warunków oglądania. W tym celu wprowadzamy eksperymentalny paradygmat, w którym aktywność wewnątrzczaszkowa mózgu, nagranie wideo z rzeczywistej sceny wizualnej i swobodne zachowanie okoruchowe były jednocześnie rejestrowane u pacjentów. Nasze wyniki ujawniają, w obszarach wzrokowych wyższego rzędu, niezwykły poziom neuronalnej niezmienności długości fiksacji oka i brak dowodów na sygnaturę neuronalną związaną z sakadą. Tak więc odpowiedzi neuronalne, wykazując wysoką selektywność do kategorii obrazów wizualnych, przejawiały stabilną dynamikę „ikoniczną”. Ta właściwość niezmienności początku i czasu trwania fiksacji pojawiła się tylko w reprezentacjach wizualnych wyższego rzędu. We wczesnej korze wzrokowej początku fiksacji towarzyszył supresyjny sygnał neuronalny, a czas trwania odpowiedzi neuronalnych był w dużej mierze determinowany przez czasy fiksacji. Wyniki te ujawniają wyjątkową dynamikę neuronalną w obszarach wzrokowych strumienia brzusznego wyższego rzędu, które mogą odgrywać ważną rolę w osiąganiu stabilności percepcyjnej, pomimo drastycznych zmian wprowadzonych przez zachowanie okoruchowe w prawdziwym życiu.

Możliwość umożliwienia badanym, w tym sparaliżowanym pacjentom, wykonywania zadań przy użyciu interfejsów mózg-komputer, odniosła szybki i rosnący sukces. Zaskakujące jest jednak to, że nadal nie wiadomo, w jakim stopniu można poprawić takie działanie - zwłaszcza w przypadku długotrwałej amputacji, w której zarówno funkcje odprowadzające, jak i doprowadzające są zniesione i mogą prowadzić do pogorszenia odpowiednich reprezentacji mózgu. W tym przypadku użyliśmy fMRI w czasie rzeczywistym, aby zademonstrować wyjątkowo wysoką wydajność osób po amputacji w długim okresie w kontrolowaniu wygenerowanego komputerowo awatara za pomocą ich brakującej ręki. Sprawność BCI brakującej kończyny wykazała podobny poziom zarówno w porównaniu z nienaruszoną ręką, jak i u uczestników grupy kontrolnej.

W przypadku braku bodźca lub zadania, kora spontanicznie generuje bogate i spójne wzorce łączności funkcjonalnej (nazywane sieciami stanu spoczynku), które są widoczne nawet w poszczególnych obszarach korowych. My i inni wcześniej postawiliśmy hipotezę, że nawykowe aktywacje sieci korowej w codziennym życiu przyczyniają się do kształtowania tych wzorców łączności. Tutaj przetestowaliśmy tę hipotezę, porównując, za pomocą funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego zależnego od poziomu tlenu we krwi, wzorce połączeń, które spontanicznie pojawiają się podczas spoczynku w obszarach wzrokowych retinotopowych z wzorcami generowanymi przez naturalistyczne bodźce wzrokowe (powtarzane fragmenty filmu). Zostały one następnie porównane z wzorcami łączności wytworzonymi przez bardziej standardowe bodźce mapowania retinotopowego (mapowanie biegunowości i ekscentryczności). Nasze wyniki ujawniają, że wzorce filmowe były znacznie bardziej podobne do spontanicznie pojawiających się wzorców, w porównaniu z wzorcami łączności w bodźcach ekscentryczności lub mapowania biegunowego. Zamierzone wizualne obrazy bodźców naturalistycznych raczej nie leżały u podstaw tych wyników, ponieważ były one powielane, gdy uczestnicy wykonywali zadanie słuchowe. Nasze wyniki sugerują, że wzorce łączności, które pojawiają się podczas odpoczynku, lepiej odzwierciedlają naturalistyczne aktywacje niż kontrolowane, sztucznie zaprojektowane bodźce. Wyniki są zgodne z hipotezą, że wzorce spontanicznej łączności w ludzkich obszarach retinotopowych odzwierciedlają statystyki koaktywacji korowych podczas naturalnego widzenia.

Krótkie szkolenie jest często wystarczające, aby jednostki ludzkie stały się biegłymi w wykonywaniu nowego złożonego zadania. Jednak dokładny charakter zmian aktywności korowej podczas krótkotrwałego treningu trwającego poniżej godziny nadal nie jest w pełni zrozumiały. W tym badaniu przeanalizowaliśmy wpływ takiego krótkiego treningu w zadaniu rozpoznawania wizualnego na aktywność korową za pomocą obrazowania funkcjonalnego (BOLD fMRI). Uczestnicy wykonywali zadanie dyskryminacji płci/wieku na obrazach twarzy przez 28 minut, poprzedzone i poprzedzone skanami stanu spoczynku. Nasze wyniki ujawniają stałą i postępującą redukcję sygnału podczas prezentacji bodźców w porównaniu do linii bazowej fiksacji, co znalazło odzwierciedlenie w subiektywnym doświadczeniu uczestnika, ocenianym za pomocą kwestionariuszy po skanowaniu. Zaskakująco redukcja BOLD obejmowała zarówno regiony zadaniowe pozytywne, jak i negatywne. Podczas gdy regiony selektywne do twarzy wyższego rzędu wykazywały zmniejszoną pozytywną odpowiedź szczytową, obszary z negatywną odpowiedzią - w tym peryferyjne reprezentacje wzrokowe, jak również Sieć Trybu Domyślnego wykazały głębsze negatywne reakcje BOLD podczas okresów stymulacji wizualnej. Co ciekawe, te efekty treningowe pozostawiły znaczące ślady w spontanicznych fluktuacjach stanu spoczynku po okresie treningowym w obszarach, które częściowo odpowiadają tym, w których wykazywały się zmiany reakcji podczas wykonywania zadania. Wyniki ujawniają rozległe zmiany korowe leżące u podstaw krótkoterminowego treningu. (C) 2016 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Opisane tutaj dane FMRI zostały zarejestrowane podczas stanu spoczynku u uczestników Medytacji Uważności (MM) i uczestników kontrolnych (patrz „Aktywność wywołana zadaniem i fluktuacje stanu spoczynku podlegają podobnym zmianom w obszarach wzrokowych i DMN długoterminowych medytujących” Berkovich-Ohana i in. (2016) [1] szczegóły). Uczestnicy MM byli również skanowani podczas medytacji. Analizy koncentrowały się na łączności funkcjonalnej w obrębie i pomiędzy siecią trybu domyślnego (DMN) a siecią wizualną (Vis). Tutaj pokazujemy dane pokazujące, że: 1) Łączność funkcjonalna w obrębie DMN i sieci Wizualnych była wyższa w grupie kontrolnej niż u medytujących 2) Dane pokazują wzrost dla Łączności funkcjonalnej pomiędzy DMN i Sieciami Wizualnymi u medytujących w porównaniu z kontrole 3) Dane pokazują, że funkcjonalna łączność zarówno w obrębie sieci, jak i pomiędzy sieciami zmniejsza się podczas medytacji, w porównaniu ze stanem spoczynku i 4) Znacząca negatywna korelacja została znaleziona między funkcjonalną łącznością DMN a doświadczeniem medytacyjnym. Czytelnika odsyłamy do Berkovich-Ohany i in. (2016) [1] do dalszej interpretacji i dyskusji.

Ledwie zauważamy, że nasze oko mruga, ale zewnętrznie generowane przerwanie siatkówki o podobnym czasie trwania jest percepcyjnie istotne. Zbadaliśmy neuralne korelaty tego rozróżnienia percepcyjnego za pomocą mierzonych wewnątrzczaszkowo sygnałów ECoG z ludzkiej kory wzrokowej u 14 pacjentów. We wczesnych obszarach widzenia (V1 i V2) zniknięcie bodźca z powodu niewidocznych mrugnięć lub wyraźnych pustych klatek wideo („przerwy”) doprowadziło do podobnego spadku poziomu aktywności, po którym nastąpiło pozytywne przekroczenie poziomu wyjściowego, wywołane przez bodziec ponowne ukazanie się. Wznosząc się w hierarchii wizualnej, przeregulowanie związane z ponownym pojawieniem się stopniowo ustępowało w przypadku mrugnięć, ale nie przerw. Dla kontrastu, spadek związany z zanikaniem nie był zgodny z percepcyjnym rozróżnieniem, w rzeczywistości był nieco bardziej wyraźny w przypadku mrugnięć niż w przypadku przerw. Odkrycia te sugerują, że ograniczona widoczność mrugnięć w porównaniu z przerwami jest skorelowana z tłumieniem przejściowych aktywności wzrokowych związanych z mruganiem, a nie z „wypełnianiem” zatkanej treści podczas mrugnięć.

Naturalny sen stanowi potężny system modelowy do badania neuronalnych korelatów zmian świadomości i stanu w ludzkim mózgu. Aby ilościowo zmapować charakter modulacji wywołanych przez sen w odpowiedziach czuciowych, przedstawiliśmy uczestnikom bodźce słuchowe o różnych poziomach złożoności językowej. Dziesięciu uczestników zostało zeskanowanych za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) w stanie czuwania i po zaśnięciu. Etapy snu oparto na pomiarach tętna zwalidowanych niezależnie na 20 uczestnikach przy użyciu jednoczesnych pomiarów EEG i tętna, a wyniki potwierdzono za pomocą analizy permutacyjnej. Uczestnicy byli narażeni na trzy rodzaje bodźców słuchowych: zaszyfrowane dźwięki, zdania bez znaczenia i zdania zrozumiałe. Podczas snu bez szybkich ruchów gałek ocznych (NREM) stwierdziliśmy słabnącą aktywację mózgu wzdłuż hierarchii przetwarzania języka, bardziej wyraźną w regionach o wyższym przetwarzaniu.W szczególności wzgórze słuchowe wykazywało podobne poziomy aktywacji podczas snu i czuwania, pierwotna kora słuchowa pozostała aktywna, ale wykazywała znaczne zmniejszenie odpowiedzi słuchowych podczas snu, a reprezentacja języka wysokiego rzędu w dolnym zakręcie czołowym (IFG) wykazała całkowitą zniesienie odpowiedzi podczas snu NREM. Oprócz ogólnego spadku aktywacji regionów przetwarzania języka w górnym zakręcie skroniowym i IFG, obszary te wykazywały utratę selektywności semantycznej podczas snu NREM. Nasze wyniki sugerują, że zmniejszona świadomość językowych bodźców słuchowych podczas snu NREM jest powiązana ze zmniejszoną aktywnością w stacjach przetwarzania wysokiego rzędu.

Korowy przepływ krwi może być modulowany przez lokalną aktywność w wielu gatunkach, od charakterystycznego dla beczkowatego przepływu krwi w korze somatosensorycznej gryzonia do kory ludzkiej, gdzie BOLD-fMRI ujawnia liczne granice funkcjonalne. Wydaje się jednak, że dystrybucja naczyń włosowatych krwi w dużej mierze ignoruje te granice funkcjonalne. Tutaj donosimy, że w przeciwieństwie do tego astrocyty, główny gracz w kontroli przepływu krwi, wykazują uderzającą wrażliwość morfologiczną na granice funkcjonalne. W szczególności pokazujemy, że procesy astrocytowe są strukturalnie ograniczone przez granice beczkowate u myszy, przez granicę pierwotnej kory słuchowej u szczura oraz przez granice warstw Illa/b i kleksów oksydazy cytochromowej (CO) w pierwotnej korze wzrokowej człowieka. Tak więc astrocyty, które są kluczowymi elementami sprzężenia neurohemodynamicznego, wykazują znaczącą segregację anatomiczną wzdłuż granic funkcjonalnych u różnych gatunków ssaków. Wyniki te mogą otworzyć nowy marker anatomiczny do wyznaczania granic funkcjonalnych między gatunkami, w tym pośmiertnymi ludzkimi mózgami.

Copyright 2016 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.Niedawno zaproponowaliśmy, że informacje zawarte w spontanicznie pojawiających się (w stanie spoczynku) fluktuacjach mogą odzwierciedlać indywidualne, unikalne cechy neuropoznawcze. Jednym z przewidywań tego przypuszczenia, określanym jako hipoteza „spontanicznej reaktywacji cech” (STR), jest to, że wzorce aktywności w stanie spoczynku mogą być diagnostyką unikalnych osobowości, talentów i stylu życia jednostek. Długoterminowi medytujący mogliby zapewnić unikalną grupę eksperymentalną do przetestowania tej hipotezy. Używając fMRI odkryliśmy, że w stanie spoczynku, amplituda spontanicznych fluktuacji u praktykujących długoterminową medytację uważności (MM) była zwiększona w korze wzrokowej i znacznie zmniejszona w DMN w porównaniu z naiwnymi kontrolami. Co ważne, podczas zadania pamięciowego rozpoznawania wzrokowego, grupa MM wykazała zwiększoną responsywność kory wzrokowej, której towarzyszyły słabsze negatywne reakcje w obszarach sieci trybu domyślnego (DMN). Efekt ten znalazł również odzwierciedlenie w wydajności behawioralnej, gdzie praktykujący MM wykonywali znacznie szybciej niż grupa kontrolna. W ten sposób nasze wyniki ujawniają przeciwne zmiany w systemach trybu wizualnego i domyślnego u długoterminowych medytujących, które ujawniają się zarówno podczas odpoczynku, jak i wykonywania zadań. Wyniki potwierdzają hipotezę STR i rozszerzają ją na domenę lokalnych zmian wielkości spontanicznych fluktuacji.

Ostatnie postępy w neurofeedbacku opartym na zależnym od poziomu tlenu we krwi funkcjonalnym MRI (BOLD-fMRI) ujawniają, że uczestnicy mogą modulować właściwości neuronalne. Nie wiadomo jednak, czy takie efekty szkoleniowe można wprowadzić przy braku świadomości uczestników, że są szkoleni. Tutaj pokazujemy nieświadomy trening neurofeedbacku, który w konsekwencji spowodował zmiany w łączności funkcjonalnej, wprowadzone u uczestników, którzy otrzymali pozytywne i negatywne nagrody, które zostały potajemnie połączone z aktywnością w dwóch selektywnych dla kategorii obszarach kory wzrokowej. Wyniki wskazują, że sieci mózgowe mogą być modyfikowane nawet przy całkowitym braku intencji i świadomości sytuacji uczenia się, co stwarza intrygujące możliwości interwencji klinicznych.

Sieć trybu domyślnego (DMN) jest zaangażowana w szereg funkcji poznawczo-społecznych, w tym przetwarzanie autoodniesienia, teorię umysłu i mentalizację. Jednak właściwości bodźców zewnętrznych, które wywołują aktywność DMN w odniesieniu do tych domen, pozostają nieznane. Wcześniejsze badania sugerowały, że kinematyka ruchu jest wykorzystywana przez mózg do przetwarzania społeczno-poznawczego. Tutaj użyliśmy funkcjonalnego MRI, aby zbadać, czy DMN jest wrażliwy na parametryczne manipulacje obserwowanej kinematyki ruchu. Zaobserwowano preferencyjne reakcje w obrębie podstawowych struktur DMN, odróżniające kinematykę niebiologiczną od biologicznej, dla ruchu realistycznie wyglądającego, podobnego do człowieka awatara, ale nie dla abstrakcyjnego obiektu pozbawionego ludzkiej formy. Dodatkowo zaobserwowano różnice we wzorcach łączności podczas obserwacji kinematyki biologicznej i niebiologicznej. Wreszcie, wyniki dodatkowo sugerują, że DMN jest silniej sprzężony z kluczowymi węzłami w sieci obserwacji akcji, a mianowicie STS i SMA, gdy obserwowany ruch przedstawia ludzką, a nie abstrakcyjną formę. Te odkrycia są pierwszymi, które implikują DMN w percepcji ruchu biologicznego. Mogą odzwierciedlać rodzaj informacji wykorzystywanych przez DMN w przetwarzaniu społeczno-poznawczym.

TłoMantra (przedłużona, powtarzalna wypowiedź werbalna) jest jedną z najbardziej uniwersalnych praktyk mentalnych w ludzkiej kulturze. Jednak podstawowe mechanizmy neuronalne, które mogą wyjaśniać jego potężny wpływ emocjonalny i poznawczy, są nieznane. Aby spróbować wyizolować wpływ niemej powtarzanej mowy, która jest wykorzystywana w najczęściej praktykowanych praktykach medytacyjnych Mantry, na aktywność mózgu, zbadaliśmy neuronalne korelaty prostej powtarzalnej mowy u osób niemedytujących – czyli cichej, powtarzalnej mowy pozbawionej szerszego kontekst i orientacje duchowe powszechnie praktykowanych praktyk medytacyjnych. Metody Porównaliśmy, używając funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) zależnego od poziomu natlenienia krwi (fMRI), prostego zadania potajemnego powtarzania pojedynczego słowa z aktywnością stanu spoczynku, u 23 badanych, z których żaden wcześniej nie praktykował medytacji. Wyniki Pokazujemy, że powtarzająca się mowa była wystarczająca, aby wywołać rozległą redukcję sygnału BOLD w porównaniu do spoczynkowej linii bazowej. Redukcja koncentrowała się głównie na sieci w trybie domyślnym, związanej z wewnętrznymi, powiązanymi ze sobą procesami. Co ważne, w przeciwieństwie do większości zadań poznawczych, gdzie zredukowana korowa aktywacja w jednym zestawie sieci jest zazwyczaj uzupełniana przez pozytywną aktywność BOLD o podobnej wielkości w innych sieciach korowych, powtarzalna praktyka mowy zaowocowała jednokierunkową negatywną aktywnością bez istotnego towarzyszącego pozytywnego BOLD. Kolejne badanie behawioralne wykazało znaczne zmniejszenie wewnętrznych procesów myślowych podczas powtarzającej się mowy w porównaniu z odpoczynkiem. Wnioski Nasze wyniki są zgodne z globalnym modelem bramkowania, który może wywierać szeroko rozpowszechnioną indukcję negatywnego BOLD przy braku odpowiedniej pozytywnej aktywacji. Wyzwolenie globalnego zahamowania przez minimalnie wymagającą powtarzaną mowę może tłumaczyć długotrwały efekt psychologicznego uspokojenia związany z powszechnie praktykowanymi praktykami medytacyjnymi związanymi z mantrą.

Elektrofizjologiczne potencjały masy wykazują złożone zmiany spektralne po aktywacji neuronów. Nie wiadomo jednak, w jakim stopniu te złożone, ograniczone pasmowo zmiany są ze sobą powiązane lub, alternatywnie, odzwierciedlają oddzielne procesy neuronalne. Aby odpowiedzieć na to pytanie, odpowiedzi na elektrokortykogramy wewnątrzczaszkowe (ECoG) rejestrowano u pacjentów wykonujących zadania wzrokowo-ruchowe. Odkryliśmy, że w zakresie częstotliwości od 10 do 100 Hz nastąpiło znaczne zmniejszenie wykładnika chi składnika 1/f(chi) widma związanego z aktywacją neuronów. W niewielu elektrodach wykazujących szczególnie wysokie aktywacje zmniejszenie wykładnika było związane ze specyficznymi modulacjami mocy w ograniczonym paśmie: pojawieniem się wysokiego współczynnika gamma (80-100 Hz) i spadkiem pików alfa (9-12 Hz). Co ważne, wysokość pików była skorelowana z wykładnikiem 1/f(chi) po aktywacji. Symulacja kontrolna wykluczyła możliwość, że zmiana wykładnika 1/f(chi) była konsekwencją procedury analitycznej. Wyniki te ujawniają nowy globalny, krzyżowy (10-100 Hz) proces neuronalny, którego odzwierciedleniem jest znaczne zmniejszenie nachylenia widma mocy sygnału ECoG.

Copyright 2015 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone. Pomimo szeroko zakrojonych badań, czasowo-przestrzenna rozpiętość aktywacji neuronów związanych z pojawieniem się świadomego postrzegania jest wciąż przedmiotem dyskusji. Debata może być sformułowana w kontekście modeli lokalnych i globalnych, kładących nacisk na lokalną aktywność w korze wzrokowej vs. globalną „przestrzeń roboczą” czołowo-ciemieniową jako kluczowe mechanizmy świadomej percepcji wzrokowej. Te alternatywne modele prowadzą do zróżnicowanych przewidywań w odniesieniu do dokładnej wielkości, czasu i anatomicznego rozprzestrzeniania się aktywności neuronalnej podczas świadomej percepcji. W tym miejscu zamierzaliśmy przetestować konkretny aspekt tych przewidywań, w których modele lokalne i globalne wydają się różnić - mianowicie stopień, w jakim regiony czołowo-ciemieniowe modulują swoją aktywność podczas wykonywania zadania w podobnych stanach percepcyjnych. Jak dotąd główne wyniki eksperymentalne istotne dla tej debaty uzyskano za pomocą metod nieinwazyjnych i doprowadziły do ​​sprzecznych interpretacji. Tutaj przeanalizowaliśmy te alternatywne przewidywania za pomocą wielkoskalowych pomiarów wewnątrzczaszkowych (elektrokortykogram - ECoG) u 43 pacjentów i 4445 miejsc rejestracji. Zarówno reakcje ERP, jak i szerokopasmowe odpowiedzi o wysokiej częstotliwości (50-150 Hz - BHF) zostały zbadane w całej korze podczas prostego zadania pamięciowego rozpoznawania wzrokowego z jednym grzbietem. Nasze wyniki ujawniają intensywne reakcje wzrokowe z krótkim opóźnieniem, zlokalizowane najpierw we wczesnej korze wzrokowej, a następnie (w 200 ms) obszary wzrokowe wyższego rzędu, ale nie wykazały znacznie opóźnionych (300 ms) aktywacji wzrokowych. W przeciwieństwie do tego, dziwaczne zdarzenia powtarzania obrazów, połączone z jawnymi reakcjami motorycznymi, były związane ze znacznym wzrostem opóźnionego (300 ms) szczytu mocy BHF w korze czołowo-ciemieniowej. Porównanie odpowiedzi BHF z ERP ujawniło dodatkowy pik odpowiedzi ERP - mający podobne opóźnienie jak dobrze zbadana odpowiedź EEG skóry głowy P3. Regiony tylne i skroniowe wykazywały silną selektywność kategorii wizualnej. Nieoczekiwaną obserwacją było to, że odpowiedzi kory wzrokowej wyższego rzędu w

Nawet przy braku jawnych zadań, kora ludzka manifestuje bogate wzorce spontanicznych fluktuacji BOLD-fMRI "stanu spoczynku". Jednak związek tych spontanicznych fluktuacji z zachowaniem jest obecnie niejasny. Próby bezpośredniego zbadania tego powiązania niezmiennie prowadzą do zakłóceń stanu spoczynku. Tutaj skorzystaliśmy z dobrze ugruntowanego związku między średnicą źrenicy a przyrostem uwagi, aby rozwiązać ten problem, badając korelację między stanem spoczynkowym BOLD a fluktuacjami źrenic. Nasze wyniki ujawniają spontanicznie pojawiającą się czasowo-przestrzenną korelację źrenica-BOLD, w której powolne narastanie aktywności w domyślnych obszarach trybu poprzedzało zarówno rozszerzenie źrenic, jak i szeroko rozpowszechnioną supresję BOLD w korze czuciowo-ruchowej. Eksperymenty kontrolne wykluczyły rolę fluktuacji luminancji lub fiksacji. Porównanie wzorców skorelowanych z źrenicami z mapami aktywacji podczas obrazowania wizualnego ujawniło znaczne nakładanie się. Nasze wyniki wskazują na związek między zachowaniem, indeksowanym przez średnicę źrenicy, a fluktuacjami BOLD w stanie spoczynku. Te rozszerzenia źrenic, uważane za związane z przyrostem uwagi, były związane ze spontanicznie pojawiającym się antagonizmem między podstawowymi sieciami korowymi. (C) 2014 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Dotychczasowe postępy w obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego umożliwiają analizę sygnałów zależnych od poziomu tlenu we krwi w czasie rzeczywistym, otwierając w ten sposób możliwość przekazywania indeksu tych sygnałów z powrotem do zeskanowanych ludzi. Jednak nadal nie wiadomo, w jakim stopniu różne sieci korowe mogą różnić się wrażliwością na takie wewnętrznie generowane neurofeedback (NF). Tutaj porównujemy skuteczność NF w sześciu regionach korowych, w tym: obszary wzrokowe wczesnego i wysokiego rzędu oraz tylny płat ciemieniowy, widoczny węzeł sieci trybów domyślnych (DMN). Nasze wyniki ujawniają stałą różnicę w aktywacji NF w tych obszarach. Kontrola pozorna wykluczyła rolę uwagi/pobudzenia w tych efektach. Różnice te sugerują związek ze względnym poleganiem na wewnętrznej informacji, przechodzącej od wczesnej kory wzrokowej (najniższy) do DMN (najwyższy). Co ciekawe, wizualny obszar parahipokampowy wykazywał aktywację NF bliżej węzła DMN. Wyniki są zgodne z pojęciem DMN jako systemu zorientowanego wewnętrznie.

Zaburzenie ze spektrum autyzmu (ASD) wiąże się ze zmniejszeniem funkcjonalnej łączności w stanie spoczynku, chociaż to twierdzenie zostało ostatnio zakwestionowane przez doniesienia o zwiększonej łączności w ASD. Aby rozwiązać te sprzeczne ustalenia, zbadaliśmy funkcjonalną łączność między- i wewnątrzpółkulową w kilku zestawach danych o stanie spoczynku uzyskanych od dorosłych z dobrze funkcjonującym ASD i dopasowanymi uczestnikami kontrolnymi. Nasze wyniki ujawniają obszary zarówno zwiększonej, jak i zmniejszonej łączności w wielu grupach ASD w porównaniu z grupami kontrolnymi. Proponujemy, że ta heterogeniczność wynika z wcześniej nierozpoznanej cechy ASD: idiosynkratycznych zniekształceń wzorca łączności funkcjonalnej w stosunku do typowego, kanonicznego szablonu. Wielkość zniekształcenia wzorca danej osoby w homotopowej łączności międzypółkulowej korelowała istotnie z behawioralnymi objawami ASD. Proponujemy, że zindywidualizowane zmiany w organizacji łączności funkcjonalnej są podstawową cechą wysokofunkcjonującego ASD i że może to tłumaczyć wcześniejsze rozbieżne ustalenia.

Wcześniej wykazaliśmy, używając fMRI wywołanego zadaniowo, że kompensacyjne użycie nienaruszonej ręki po amputacji ułatwia ponowne odwzorowanie reprezentacji kończyn w obszarze korowym brakującej ręki (Makin i in., 2013a). Tutaj pokazujemy, że kompensacyjne użycie ramienia u osób urodzonych bez ręki (jednoręcznych) odzwierciedla funkcjonalną łączność spontanicznej aktywności mózgu w obszarze korowym ręki. W porównaniu z jednoręcznymi kontrolami, jednoręczne wykazały zmniejszoną symetrię połączeń funkcjonalnych między półkulami w obszarze dłoni w stanie spoczynku i mikrostrukturę istoty białej korowo-rdzeniowej. Niemniej jednak osoby jednoręczne, które częściej używają resztkowej (bezręki) ręki do typowych codziennych czynności wykonywanych dwuręcznie, wykazały również bardziej symetryczną funkcjonalną łączność regionu dłoni, co pokazuje, że zachowanie adaptacyjne napędza organizację mózgu na dalekie odległości. Dlatego sugerujemy, że użycie ramienia kompensacyjnego utrzymuje symetryczną funkcjonalną łączność sensomotoryczną u osób jednoręcznych. Ponieważ zmienność spontanicznej łączności funkcjonalnej w naszym badaniu odzwierciedla zachowania ekologiczne, proponujemy, że symetria międzypółkulowa, zwykle obserwowana w spoczynkowych sieciach sensomotorycznych, zależy od skoordynowanych zachowań motorycznych w życiu codziennym.

Ostatnie zapisy neurofizjologiczne człowieka ujawniły dwa podstawowe tryby aktywności kory mózgowej o różnej dynamice: tryb aktywny charakteryzujący się szybką i ciągłą aktywnością („zapłon”) oraz tryb spontaniczny (w stanie spoczynku), przejawiający się ultrawolnymi fluktuacjami o niskiej amplitudzie . Proponujemy, aby obie dynamiki odzwierciedlały dwa oblicza tego samego mechanizmu powtarzającej się pętli: urządzenie integrujące, które akumuluje trwającą aktywność stochastyczną i albo spontanicznie, albo w sposób oparty na zadaniach, przekracza próg dynamiczny i rozpala się, prowadząc do świadomości specyficznej dla treści. Hipoteza może wyjaśniać bogaty zestaw zjawisk behawioralnych i neuronalnych, takich jak próg percepcyjny, wysoka nieliniowość reakcji wzrokowych, podprogowa natura fluktuacji spontanicznej aktywności oraz powolne narastanie aktywności przewidujące spontaniczne zachowanie (np. potencjał gotowości). Dalsze opracowania tego ujednoliconego schematu, takie jak kaskada integratorów o różnych progach zapłonu lub stany wielostabilne, mogą wyjaśnić dodatkową złożoność w repertuarze dynamiki ludzkiej kory mózgowej. 2015 Elsevier Inc.

Podczas gdy badania obrazowania mózgu podkreślały selektywność kategorii obszarów związanych z twarzą, mechanizmy leżące u podstaw naszej niezwykłej zdolności do rozróżniania różnych twarzy są mniej rozumiane. Tutaj zarejestrowaliśmy wewnątrzczaszkowe lokalne potencjały pola z obszarów związanych z twarzą u pacjentów prezentowanych z obrazami twarzy i przedmiotów. Bardzo istotne wzorcowe strojenie w kategorii twarzy zaobserwowano w odpowiedziach o wysokim współczynniku gamma (80-150 Hz). Siła tego efektu została poparta jednokrotnym dekodowaniem wzorów twarzy przy użyciu minimalnego (n = 5) zbioru uczącego. Co ważne, wzorcowe strojenie odzwierciedlało psychofizyczny dystans między twarzami, ale nie ich cechy niskiego poziomu. Nasze wyniki ujawniają neuronalne podłoże do ustalenia odległości percepcyjnej między twarzami w ludzkim mózgu. Ponadto sugerują, że neurony twarzy są anatomicznie pogrupowane zgodnie z dobrze zdefiniowanymi zasadami funkcjonalnymi, takimi jak podobieństwo percepcyjne.

Cel. Opracowaliśmy system interfejsu mózg-komputer (BCI) oparty na funkcjonalnym obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) w czasie rzeczywistym ze sprzężeniem zwrotnym w rzeczywistości wirtualnej. Zaletą fMRI jest stosunkowo wysoka rozdzielczość przestrzenna i pokrycie całego mózgu, dlatego spodziewamy się, że może być wykorzystana do odkrywania nowych strategii BCI, opartych na nowych typach czynności umysłowych. Jednak fMRI ma niską rozdzielczość czasową i nieodłączne opóźnienie, ponieważ opiera się na odpowiedzi hemodynamicznej, a nie na sygnałach elektrycznych. Dlatego naszym celem w tym artykule było zbadanie, czy badani mogą wykonać zadanie BCI w środowisku wirtualnym przy użyciu naszego systemu i jak opóźnienie wpłynęło na ich wykonanie. Zbliżać się. Badani kontrolowali awatara za pomocą ruchów lub obrazów lewej ręki, prawej ręki i nóg. Klasyfikacja BCI opiera się na zlokalizowaniu obszarów zainteresowania (ROI) związanych z każdą z klas motorycznych i wybraniu online ROI o maksymalnych wartościach średnich. Badani wykonywali zadanie oparte na wskazówkach i zadanie wolnego wyboru, a analiza obejmuje ocenę wykonania oraz subiektywne raporty. Wyniki główne. Sześć badanych wykonało zadanie z dużą dokładnością, gdy pozwolono im poruszać palcami u rąk i nóg, a trzy osoby osiągnęły wysoką dokładność przy użyciu samych obrazów. W zadaniu opartym na wskazówkach dokładność była najwyższa 8-12 s po wyzwoleniu, podczas gdy w zadaniu wolnego wyboru badani radzili sobie najlepiej, gdy informacja zwrotna była dostarczana 6 s po wyzwoleniu. Znaczenie. Pokazujemy, że badani są w stanie wykonać zadanie nawigacyjne w środowisku wirtualnym za pomocą BCI opartego na fMRI, pomimo opóźnienia hemodynamicznego. To samo podejście można rozszerzyć na inne zadania umysłowe i inne obszary mózgu.

Niedawne badania obrazowania mózgu zwróciły uwagę na nowy globalny system obszarów określany jako sieć trybu domyślnego (DM), który wydaje się specjalizować w funkcjach zorientowanych wewnętrznie. Jednak nadal nie jest rozstrzygnięte, w jakim stopniu ten system zawiera podsystemy funkcjonalne, jak w lepiej znanych korach czuciowych i ruchowych. W tym miejscu donosimy, że podpodziały funkcjonalne mogą zostać ujawnione w poszczególnych węzłach DM, takich jak dolny płat ciemieniowy (IPL), poprzez zastosowanie różnych kategorii zadań zorientowanych na siebie. Badani przeszli skany BOLD fMRI, podczas których poproszono ich o przypomnienie sobie pozytywnych i negatywnych informacji o sobie w kategoriach ludzi i żywności.Zadania te wywołały odrębne regiony aktywacji w obrębie DM. Co ważne, obserwowane aktywacje były powyżej poziomu aktywności w stanie wyjściowym, bez zadania dla tych regionów. Główny podział w obrębie DM zaobserwowano w dolnej i tylnej korze ciemieniowej. Analiza spójnych fluktuacji stanu spoczynku (analiza łączności funkcjonalnej) wykazała, że ​​te regiony aktywacji były częścią odrębnej sieci regionów w obrębie DM. Wyniki te przemawiają przeciwko postrzeganiu DM jako systemu jednolitego i są zgodne z poglądem, że podobnie jak reszta kory mózgowej, DM składa się z odrębnych, funkcjonalnie wyspecjalizowanych podregionów. Hum Brain Map 35:1491-1502, 2014. (c) 2013 Wiley-Liss, Inc.

Przedstawiamy eksperyment ucieleśnienia robota oparty na funkcjonalnym obrazowaniu rezonansu magnetycznego w czasie rzeczywistym (rt-fMRI). W tym badaniu fMRI jest używany jako urządzenie wejściowe do identyfikacji intencji osoby i przekształcenia ich w działania wykonywane przez humanoidalnego robota. Proces, oparty na obrazowaniu motorycznym, pozwolił czterem badanym z Izraela kontrolować humanoidalnego robota HOAP3 we Francji w stosunkowo naturalny sposób, doświadczając całego eksperymentu oczami robota. Obrazy motoryczne lub ruch lewej ręki, prawej ręki lub nóg były używane do kontrolowania ruchów robota odpowiednio lewej, prawej lub chodzenia do przodu.

Duża część badań dotyczących obrazowania mózgu podkreśla, że ​​zestaw określonych regionów w limbicznej korze wyspowej i korze przedczołowej jest wrażliwy na statyczne obrazy wizualne o dużej zawartości emocjonalnej. W tym miejscu donosimy, że przy użyciu bardziej naturalistycznych bodźców (krótkie wideoklipy audiowizualne) najbardziej selektywne loci korowe wykazujące preferencyjną aktywację w stosunku do treści emocjonalnych były skoncentrowane na strumieniu obszarów wzrokowych związanych z działaniem grzbietowym. Badani przeszli skanowanie fMRI podczas oglądania zestawu bardzo emocjonalnych, a także neutralnych klipów wideo. Po skanowaniu klipy były oceniane przez każdego badanego pod kątem pobudzenia emocjonalnego i walencji. Co zaskakujące, aktywność w obszarach wzrokowych strumienia grzbietowego (takich jak IPS i SPL) wykazała najwyższą preferencję dla pobudzenia emocjonalnego w porównaniu ze wszystkimi innymi obszarami mózgu. W przeciwieństwie do tego, obszary wzrokowe strumienia brzusznego wykazywały znacznie słabszą preferencję emocjonalną. Eksperymenty kontrolne wykluczyły bodźce wzrokowe lub słuchowe niskiego poziomu jako czynniki przyczyniające się do tego efektu. Ponadto specyficzny przestrzenny wzorzec aktywacji związanych z emocjami był niezgodny z ogólnym pobudzeniem lub efektami uwagi. Biorąc pod uwagę ustaloną rolę obszarów wzrokowych strumienia grzbietowego w funkcjach związanych z działaniem, wyniki te potwierdzają długo utrzymywaną hipotezę wiążącą emocje z przygotowaniem do działania. (C) 2013 Elsevier Inc. Wszystkie rajstopy zastrzeżone.

Cel : Opracowaliśmy wydajne narzędzie ogólnego uczenia maszynowego (ML) do klasyfikacji całego mózgu metodą fMRI w czasie rzeczywistym, które można wykorzystać do odkrywania nowatorskiego interfejsu mózg-komputer (BCI) lub zaawansowanych strategii neurofeedbacku (NF). izolowanie najistotniejszych wokseli w mózgu i klasyfikator maszyn wektorów nośnych.Główne wyniki: Korzystaliśmy z naszego narzędzia w trzech typach eksperymentów: ruchy ruchowe, obrazy motoryczne i kategorie wizualne. przy użyciu optymalnej liczby wokseli, z krótszym opóźnieniem w porównaniu z poprzednią metodą opartą na obszarach zainteresowania (ROI). Wreszcie nasze narzędzie jest zintegrowane z wirtualnym środowiskiem i może służyć do sterowania wirtualnym awatarem lub robotem.

Kiedy mózg jest „w spoczynku”, wzorce aktywności czasoprzestrzennej pojawiają się spontanicznie, to znaczy przy braku jawnego zadania. Jednak to, co te wzorce ujawniają na temat funkcji korowej, pozostaje nieuchwytne. W tym artykule postawiliśmy hipotezę, że wzorce korelacji między tymi spontanicznymi fluktuacjami (SP) odzwierciedlają profil indywidualnych błędów poznawczych a priori, kodowanych jako skuteczność synaptyczna w sieciach korowych. W ten sposób SP oferują nowe sposoby mapowania cech osobistych zarówno w przypadkach neurotypowych, jak i nietypowych. Potwierdzeniem tej hipotezy są trzy zestawy obserwacji i powiązane dowody empiryczne. Po pierwsze, SP odpowiadają wzorcom aktywacji, które występują podczas wykonywania typowego zadania. Po drugie, indywidualne różnice w SP odzwierciedlają indywidualne uprzedzenia i nieprawidłowości. Wreszcie, SP można aktywnie przemodelować w sposób długoterminowy poprzez skoncentrowany i intensywny trening korowy.

Pomimo głębokiego zmniejszenia świadomej świadomości związanej ze snem, kora czuciowa pozostaje bardzo aktywna podczas różnych faz snu, wykazując złożone interakcje między różnymi miejscami korowymi. Potencjalne znaczenie funkcjonalne takich wzorców przestrzennych i sposób ich zmiany między różnymi fazami snu jest obecnie nieznane. W tym badaniu elektrokortykografii pacjentów ludzkich zbadaliśmy to pytanie, badając przestrzenne wzorce aktywności (szerokopasmowa moc gamma), które pojawiają się podczas snu (wzorce snu) i porównując je z funkcjonalną organizacją kory czuciowej, która jest aktywowana przez naturalne bodźce podczas czuwania. stan. Nasze wyniki pokazują wysoką korelację (p <10(-4), test permutacji) między wzorcami przestrzennymi snu a organizacją funkcjonalną stwierdzoną podczas czuwania. Badanie, w jaki sposób wzorce snu zmieniały się w ciągu nocy, ujawniło różnicę charakterystyczną dla etapu, przy czym repertuar takich wzorców był znacznie większy podczas snu z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM) w porównaniu z fazami bez fazy REM. Wyniki te pokazują, że skomplikowane przestrzenne wzorce organizacji sensorycznej funkcjonalnej pojawiają się podczas snu w sposób specyficzny dla danej fazy.

Podstawowa debata w badaniu korowych systemów sensorycznych dotyczy skali selektywności funkcjonalnej w sieciach korowych. Badania obrazowania mózgu wielokrotnie wykazały funkcjonalną selektywność w całych obszarach korowych i sieciach przy użyciu z góry określonych bodźców. Nie jest jednak jasne, w jakim stopniu sieci te są heterogeniczne, tj. czy profile selektywności w podregionach w ramach każdej sieci sensorycznej wykazują znaczne różnice. Tutaj zbadaliśmy lokalną funkcjonalną selektywność w korze ludzkiej za pomocą naturalistycznych klipów filmowych pokazywanych 12 pacjentom, którym wszczepiono wewnątrzczaszkowe elektrody elektrokortykografii (łącznie 590), zapewniając rozległe pokrycie korowe. Zbadaliśmy podobieństwo profili odpowiedzi (modulacje mocy gamma od 40 do 80 Hz) między elektrodami, stosując nowatorskie podejście oparte na danych, bez zakładania żadnej z góry określonej kategorii. Nasze wyniki pokazują, że funkcjonalna selektywność każdej wysoce reagującej elektrody różniła się od wszystkich innych elektrod w korze czuciowej. W związku z tym większość reagujących elektrod wykazywała profil aktywacji, który był unikalny dla każdego pacjenta i był podobny do profilu zaledwie 0,3% (1-2) wszystkich innych elektrod u wszystkich pacjentów. Podobieństwo funkcjonalne między elektrodami było związane z bliskością anatomiczną. Podczas gdy w większości elektrod źródło selektywności było złożone, mały podzbiór wykazał dobrze udokumentowaną selektywność względem twarzy i działań. Nasze wyniki wskazują, że kora czuciowa człowieka jest zorganizowana jako mozaika funkcjonalnie unikalnych podregionów, w których każde miejsce przejawia swój własny specjalny profil reakcji.

Analiza sieci złożonych (CNA), podzbiór teorii grafów, to nowe podejście do analizy łączności funkcjonalnej w mózgu, umożliwiające ilościową ocenę właściwości sieci, takich jak segregacja funkcjonalna, integracja, odporność i centralność. W tym miejscu pokazujemy, w jaki sposób ramy klasyfikacji uzupełniają złożoną analizę sieci, zapewniając skuteczny i obiektywny sposób wyboru najlepszego modelu sieci charakteryzującego dane o łączności funkcjonalnej. Opisujemy nowatorskie podejście do uczenia sumy jądra, optymalizację przekątnej bloków (BDopt), które można zastosować do funkcji CNA w celu wyodrębnienia cech teorii grafów i/lub anatomicznych obszarów zainteresowania leżących u podstaw dyskryminacji, przy jednoczesnym łagodzeniu problemów związanych z wielokrotnymi porównaniami. W celu potwierdzenia możliwości zastosowania metody w przyszłej neurodiagnostyce stosujemy klasyfikację BDopt do dwóch zestawów danych fMRI w stanie spoczynku: klasyfikacji cechowej (pomiędzy osobnikami) chorych na schizofrenię w porównaniu z grupą kontrolną oraz klasyfikacji stanu (w obrębie osobników) przebudzenia vs snu, wykazując potężną dokładność dyskryminacyjną dla proponowanych ram.

Podczas spoczynku kora mózgowa wykazuje bogate, skoordynowane wzorce spontanicznej aktywności. Mechanizm, który kształtuje te wzory, jest w dużej mierze nieznany. Tutaj pokazujemy, że podobny do Hebba, trwały proces odgrywa rolę w skupianiu się na tych spójnych wzorcach. Ludzie stosowali model neurofeedbacku (NF) oparty na fMRI, aby intensywnie aktywować grzbietową przedni zakręt obręczy przez jedną epokę (30 min). Korelacje stanu spoczynkowego między wszystkimi przebiegami czasowymi BOLD wokseli korowych (łączność funkcjonalna) zostały zmapowane przed, bezpośrednio po i jeden dzień po sesji NF. Odkryliśmy, że pojedyncza epoka aktywacji korowej wywołała trwałą restrukturyzację połączeń funkcjonalnych zgodnie z regułą podobną do Hebbowskiej. Dlatego zmiana (wzrost i spadek) siły łączności funkcjonalnej wokseli korowych podczas spoczynku odzwierciedlała poziom ich wcześniejszej koaktywacji w epoce NF. Co ciekawe, efekt był znacznie wzmocniony 1 dzień po epoce aktywacji NF. Efekt był widoczny u każdego osobnika z osobna, wskazując na jego potencjał jako okna diagnostycznego w osobistej historii wcześniejszych aktywacji mózgu zarówno osób zdrowych, jak i nienormalnych.

Nawet przy braku stymulacji lub zadania, kora mózgowa wykazuje nieustanny wzorzec ultra powolnych fluktuacji, które są spójne we wszystkich obszarach mózgu. W zdrowym mózgu te spójne wzorce (nazywane również funkcjonalną łącznością w stanie spoczynku) często wykazują podobieństwo przestrzenne do wielkoskalowej organizacji sieci funkcjonalnych wywołanych zadaniami. Nie jest jednak jasne, w jakim stopniu wzorce stanu spoczynku mogą również odzwierciedlać wywołane zadaniami nieprawidłowości w aktywacjach korowych, które są często wykrywane w różnych patologiach mózgu. Tutaj zbadaliśmy, czy nienormalny wzorzec aktywacji wzrokowej jest rekapitulowany w funkcjonalnej łączności stanu spoczynku. Zbadaliśmy LG, widzącego młodego dorosłego z agnozją obiektów rozwojowych i bez widocznych nieprawidłowości strukturalnych korowych. Wcześniej informowaliśmy, że po stymulacji wzrokowej pośrednie obszary wzrokowe LG (V2, V3) są paradoksalnie dezaktywowane. W tym przypadku badanie funkcjonalnej łączności LG w stanie spoczynku ujawniło ten sam wzorzec nieprawidłowości funkcjonalnych, w tym silną nietypową dekorelację między obszarami V2-V3 a resztą układu wzrokowego. Zatem nasze wyniki sugerują, że funkcjonalna łączność w stanie spoczynku może stanowić potężne narzędzie, które mogłoby uzupełnić paradygmaty specyficzne dla zadania w wykrywaniu związanych z zadaniem nieprawidłowości w aktywności korowej bez uciekania się do wykonywania zadań. (C) 2013 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Oscylacje gamma o aktywności elektrycznej na dużą skalę są wykorzystywane w badaniach elektrofizjologicznych jako markery aktywności neuronalnej i procesów funkcjonalnych w korze, jednak natura tego zjawiska neuronowego masy i jego związek z wywołanymi potencjałami odpowiedzi (ERP) wciąż nie są dobrze poznane. Wiele badań wiązało oscylacje gamma z oscylatorami o częstotliwości około 40 Hz, jednak ostatnie badania wykazały, że częstotliwości gamma mogą być częścią zjawiska szerokopasmowego w zakresie od 30 Hz do 250 Hz. W niniejszym badaniu zbadaliśmy możliwość, że prosty model, oparty na dostępnych parametrach neurofizjologicznych, obejmujący wzrost asynchronicznego (rozkład Poissona) impulsów neuronowych, może wystarczyć do wygenerowania zaobserwowanych wzrostów mocy gamma. Nasza symulacja pokazuje w przybliżeniu liniowy wzrost mocy gamma jako funkcję zagregowanej szybkości wypalania populacji neuronów, podczas gdy wpływ poziomu synchronizacji w neuronach na moc gamma jest ograniczony. Nasz model potwierdza pogląd, że szerokopasmowa odpowiedź gamma jest napędzana głównie przez zsumowaną, asynchroniczną aktywność populacji neuronów. Pokazujemy, że spektrogram czasowo-częstotliwościowy odpowiedzi na bodziec może być zrekonstruowany przez połączenie dwóch różnych zjawisk – wzrostu mocy szerokopasmowej gamma w wyniku lokalnego przetwarzania i bardziej rozproszonej przestrzennie desynchronizacji związanej ze zdarzeniami (ERD). Nasz model podnosi zatem możliwość, że szerokopasmowa odpowiedź gamma jest ściśle powiązana z szybkością wystrzeliwania populacji zarejestrowanych neuronów. (C) 2013 Elsevier Ltd. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Jednym z zagadkowych aspektów w literaturze dotyczącej uwagi wzrokowej jest rozbieżność między wynikami badań elektrofizjologicznych i fMRI: podczas gdy badania fMRI ujawniają silną modulację uwagi w najwcześniejszych obszarach wzrokowych, badania potencjału pojedynczej jednostki i lokalnego pola dały mieszane wyniki. Ponadto nie jest jasne, w jakim stopniu efekty uwagi przestrzennej rozciągają się od obszarów wizualnych wczesnego do wyższego rzędu. Tutaj zajęliśmy się tymi problemami za pomocą zapisów elektrokortykograficznych u pacjentów z padaczką. Pacjenci wykonywali zadanie, które pozwalało na jednoczesną manipulację uwagą zarówno przestrzenną, jak i obiektową. Przedstawiano im złożone bodźce, składające się z małego obiektu (twarzy lub domu) nałożonego na duży, a w osobnych blokach poinstruowano, aby towarzyszył jednemu z obiektów. Stwierdziliśmy stały wzrost mocy szerokopasmowej wysokiej częstotliwości (30 - 90 Hz), ale nie w wizualnych potencjałach wywołanych, związanych z uwagą przestrzenną rozpoczynającą się od V1/V2 i kontynuowaną w całej hierarchii wzrokowej. Wielkość modulacji uwagi była skorelowana z selektywnością przestrzenną każdej elektrody i jej odległością od bieguna potylicznego. Co ciekawe, opóźnienie modulacji uwagi wykazało znaczny spadek wzdłuż hierarchii wizualnej. Ponadto elektrody umieszczone nad obszarami wzrokowymi wyższego rzędu (np. zakrętem wrzecionowatym) wykazywały zarówno efekty uwagi przestrzennej, jak i obiektowej. Ogólnie rzecz biorąc, nasze wyniki pomagają pogodzić wcześniejsze obserwacje rozbieżności między fMRI a elektrofizjologią. Sugerują również, że efekty uwagi przestrzennej można znaleźć zarówno we wczesnych, jak i wyższych obszarach kory wzrokowej, równolegle z ich właściwościami dostrajania bodźców.

Autyzm został opisany jako zaburzenie ogólnego przetwarzania nerwowego, ale szczególne cechy przetwarzania, które mogą być nieprawidłowe w autyzmie, w większości pozostają niejasne. Tutaj przedstawiamy dowody na jedną z takich cech: słaba wiarygodność wywołanych odpowiedzi. Porównaliśmy amplitudę i wiarygodność odpowiedzi korowej (spójność w badaniach) w korze wzrokowej, słuchowej i somatosensorycznej dobrze funkcjonujących osób z autyzmem i osób z grupy kontrolnej. Średnie amplitudy odpowiedzi były statystycznie nie do odróżnienia między grupami, jednak wiarygodność odpowiedzi próba po próbie była znacznie słabsza w przypadku autyzmu, dając mniejsze stosunki sygnału do szumu we wszystkich układach sensorycznych. Różnice w wiarygodności odpowiedzi były widoczne tylko w wywołanych odpowiedziach korowych, a nie w trwającej aktywności w stanie spoczynku. Odkrycia te pokazują, że anormalnie zawodne reakcje korowe, nawet na elementarne niespołeczne bodźce czuciowe, mogą stanowić fundamentalną fizjologiczną zmianę przetwarzania neuronalnego w autyzmie. Wyniki uzasadniają krytyczną ekspansję badań nad autyzmem w celu ustalenia, czy (i jak) podstawowe właściwości przetwarzania neuronalnego, takie jak niezawodność, plastyczność i adaptacja/przyzwyczajenie są zmienione w autyzmie.

Wprowadzenie funkcjonalnego obrazowania mózgu opartego na BOLD-fMRI, dwadzieścia lat temu, zrewolucjonizowało dziedzinę badań nad ludzkim mózgiem. Jednak od samego początku stało się jasne, że sygnał BOLD cierpi z powodu poważnego ograniczenia – odzwierciedla uśrednioną aktywność dużych populacji neuronów i stąd nie może sam zindeksować funkcjonalnych właściwości poszczególnych neuronów. Metoda adaptacji fMR (zwana również tłumieniem powtórzeń) została opracowana w celu obejścia tego problemu i wykorzystania sygnału BOLD do oceny specjalizacji funkcjonalnych na poziomie poszczególnych neuronów. Podejście to opiera się na tendencji neuronów korowych do zmniejszania swojej aktywności po powtórzeniu bodźca. Badając wrażliwość efektu adaptacyjnego na manipulację bodźcami, można uzyskać wgląd w niezmienne i selektywne właściwości sieci neuronowych. Argumentowano, że efekt adaptacji występuje na poziomie wejść synaptycznych, a zatem może być źle zlokalizowany. Jednak kluczowe jest rozważenie efektu adaptacji w kontekście architektury sieci korowej. Ta anatomiczna organizacja korowa, zdominowana przez wewnętrzne połączenia krótkiego zasięgu, zapewnia, że ​​adaptacja fMR w dużej mierze odzwierciedla profil odpowiedzi neuronów zlokalizowanych we właściwym obrazowanym wokselu. (C) 2012 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Podczas gdy badania funkcji kory mózgowej człowieka zazwyczaj koncentrowały się na związanym z zadaniami wzroście aktywności neuronalnej, rośnie zainteresowanie zjawiskiem uzupełniającym, mianowicie redukcją wywołaną zadaniami. Ostatnie badania ludzkiego BOLD fMRI powiązały takie redukcje z konkretną siecią określaną jako sieć trybu domyślnego (DMN). Brakuje jednak szczegółowego zrozumienia czasoprzestrzennych wzorców odpowiedzi negatywnych, a zwłaszcza sposobu ich porównywania w różnych sieciach korowych. Tutaj zbadaliśmy ten problem w badaniu elektrokortykografii na dużą skalę u pacjentów wykonujących wymagające zadanie maskowania wstecznego. Nasze wyniki zostały szybko odkryte (

Kliniczna diagnoza zaburzeń świadomości (DOC) spowodowanych uszkodzeniem mózgu stanowi duże wyzwanie, ponieważ pacjenci często nie reagują behawioralnie. Obiecujące nowe podejście do obiektywnej diagnozy DOC może zaoferować analiza ultra-wolnych (<0,1 Hz) spontanicznych fluktuacji aktywności mózgu mierzonych za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) w stanie spoczynku. Poprzednie prace wykazały zmniejszoną łączność funkcjonalną w „sieci domyślnej”, podzbiorze regionów, o których wiadomo, że są dezaktywowane podczas angażujących zadań, co korelowało ze stopniem upośledzenia świadomości. Pozostaje jednak niejasne, czy załamanie łączności jest ograniczone do „sieci domyślnej” iw jakim stopniu zmiany w łączności funkcjonalnej można zaobserwować na poziomie pojedynczego podmiotu. W tym miejscu przeanalizowaliśmy łączność między półkulami w stanie spoczynku w trzech homotopowych regionach zainteresowania, które można było wiarygodnie zidentyfikować na podstawie różnych anatomicznych punktów orientacyjnych i które były częścią sieci „zewnętrznej” (zorientowanej zewnętrznie, z pozytywnym zadaniem) (przed i po zakręt i bruzdę śródciemieniową). Dane fMRI w stanie spoczynku uzyskano dla grupy 11 zdrowych osób i 8 pacjentów z DOC. Na poziomie grupy nasze wyniki wskazują na zmniejszoną inter-półkulową łączność funkcjonalną u osób z upośledzoną świadomością w porównaniu z osobami z nienaruszoną świadomością. Indywidualne wyniki łączności istotnie korelowały ze stopniem świadomości. Ponadto statystyka pojedynczego przypadku wykazała istotne odchylenie od zdrowej próby u 5/8 pacjentów. Co ważne, z trzech pacjentów, których wskaźniki łączności były porównywalne ze zdrową próbą, jeden został zdiagnozowany jako zamknięty. Podsumowując, nasze wyniki jeszcze bardziej podkreślają kliniczny potencjał analizy łączności w stanie spoczynku i mogą wskazać drogę do pomiaru łączności uzupełniającego istniejącą diagnozę DOC.

Cele: Ostatnie badania fMRI wykazały, że możliwe jest wiarygodne zidentyfikowanie sieci trybu domyślnego (DMN) przy braku jakiegokolwiek zadania, poprzez analizy łączności w stanie spoczynku u zdrowych ochotników. Naszym celem było zidentyfikowanie DMN w trudnej populacji pacjentów z zaburzeniami świadomości napotkanymi po śpiączce. Projekt eksperymentalny: metodologia oparta na analizie przestrzennie niezależnych komponentów pozwoliła na ocenę DMN, rozkładając łączność we wszystkich jej różnych źródłach, zarówno neuronalnych, jak i artefaktycznych. Wprowadzono trzy różne kryteria selekcji oceniające łączność skorygowaną antykorelacją z lub bez procedury automatycznego maskowania oraz obliczające wyniki łączności obejmujące zarówno właściwości przestrzenne, jak i czasowe. Te trzy metody zostały zwalidowane na 10 zdrowych kontrolach i zastosowane w niezależnej grupie 8 zdrowych kontroli i 11 pacjentów z ciężkim uszkodzeniem mózgu [zespół zamknięcia (n = 2), minimalnie przytomny (n = 1) i stan wegetatywny (n = 8)]. Główne obserwacje: Wszyscy pacjenci wegetatywni wykazywali mniej połączeń w obszarach trybu domyślnego w porównaniu z grupą kontrolną, w przeciwieństwie do pacjentów zamkniętych, którzy wykazywali łączność prawie normalną. U pacjenta w stanie minimalnej przytomności tylko dwa kryteria selekcji biorące pod uwagę zarówno właściwości przestrzenne, jak i czasowe były w stanie zidentyfikować nienaruszony wzorzec prawostronnej łączności BOLD, a dane metaboliczne PET sugerowały jego pochodzenie neuronalne. Wnioski: Oceniając łączność w stanie spoczynku u pacjentów z zaburzeniami świadomości, ważne jest zastosowanie metodyki wykluczającej nieneuronowe udziały wywołane ruchami głowy, oddychaniem i artefaktami rytmu serca spotykanymi u wszystkich badanych pacjentów. Hum Brain Mapp, 2012. (c) 2011 Wiley Periodicals, Inc.

Neuronowa podstawa składni jest przedmiotem poważnej debaty. W szczególności dolny zakręt czołowy (IFG) lub obszar Broca jest wyraźnie powiązany z przetwarzaniem składniowym, ale doniesiono, że przedni płat skroniowy jest aktywowany zamiast IFG podczas manipulowania obecnością struktury syntaktycznej. Ustalenia te są trudne do pogodzenia, ponieważ opierają się na różnych zadaniach laboratoryjnych, które odnoszą się do różnych obliczeń i mogą tylko pośrednio odnosić się do naturalnego przetwarzania zdań. Oceniliśmy tutaj neuronowe korelaty budowania struktury składniowej w naturalnym rozumieniu języka, wolnym od sztucznych wymagań zadaniowych. Badani biernie słuchali Alicji w Krainie Czarów podczas funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego, a my skorelowaliśmy aktywność mózgu ze słowem po słowie miarą ilości analizowanej struktury składniowej. Budowanie struktury syntaktycznej korelowało z aktywnością w lewym przednim płacie skroniowym, ale nie było dowodów na korelację między budową struktury syntaktycznej a aktywnością w dolnych obszarach czołowych. Nasze wyniki sugerują, że przedni płat skroniowy oblicza strukturę syntaktyczną w warunkach naturalnych. (C) 2010 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Centralny temat kontrowersji w poszukiwaniu mechanizmów korowych leżących u podstaw świadomości percepcyjnej dotyczy fundamentalnej specjalizacji układu wzrokowego w grzbietowy strumień „wizja-dla-działania/Gdzie” i brzuszny strumień „wizja-dla-percepcji/Co”. W szczególności dyskutowano, czy tłumienie percepcji wzrokowej prowadzi do zróżnicowanego zmniejszenia aktywności mózgu w dwóch strumieniach – przy czym strumień grzbietowy pozostaje w dużej mierze niezmieniony, a strumień brzuszny wykazuje znaczne zmniejszenie aktywności. Tutaj zbadaliśmy ten problem przy użyciu niedawno wprowadzonej metody ciągłego tłumienia błysku (CFS), która oferuje szczególnie czuły pomiar związku między percepcją a aktywnością mózgu. Badani musieli wykryć podczas CFS obrazy manipulacyjnych obiektów stworzonych przez człowieka (narzędzi). Nasze wyniki pokazują, że pomimo znacznej różnicy w łączności i specjalizacji neuroanatomicznej, obszary strumienia zarówno brzusznego, jak i grzbietowego ujawniły podobnie ścisłe powiązanie ze świadomością percepcyjną, to znaczy silne funkcjonalne obrazowanie rezonansem magnetycznym - aktywność zależną od poziomu natlenienia krwi dla widocznych narzędzi, ale znacząca zmniejszenie aktywności w stanie niewidocznym. Co ważne, wynik ten uzyskano, gdy maski były utrzymywane identycznie w warunkach widzialnych i niewidzialnych. Nasze dane potwierdzają pogląd, że aktywność neuronalna i świadomość percepcyjna są ściśle powiązane w ludzkiej korze wzrokowej wysokiego rzędu.

Słowa kluczowe: AKTYWACJA ŚWIADOMOŚCI CORTEX SELF

Schizofrenia jest wyniszczającą chorobą psychiczną charakteryzującą się pogorszeniem przetwarzania poznawczego i emocjonalnego. Postawiono hipotezę, że nieprawidłowa łączność korowa ma związek z chorobą (Friston, 1998), jednak wcześniejsze badania funkcjonalnej łączności (FC) w schizofrenii wykazały mieszane wyniki (Garrity i in., 2007 Jafri i in., 2008 Lynall i in. ., 2010). Zmierzyliśmy FC za pomocą fMRI u pacjentów z ludzką schizofrenią i zdrowych osób z grupy kontrolnej podczas dwóch różnych zadań i stanu spoczynku oraz skonstruowaliśmy globalny wskaźnik FC oparty na wokselach. Stwierdziliśmy uderzający spadek FC u pacjentów w porównaniu z grupą kontrolną. W warunkach zadania relatywnie słabsza FC była specyficzna dla obszarów kory, które nie były aktywne podczas zadania. W stanie spoczynkowym różnica FC między pacjentami a grupą kontrolną była większa i pozwalała na rozdzielenie poszczególnych przypadków między osobnikami z dwóch grup. Wyniki sugerują, że względna redukcja FC w schizofrenii zależy od stanu aktywności korowej, przy czym woksele nieaktywowane przez zadanie wykazują wyższy poziom niedoboru FC. To nowatorskie odkrycie może rzucić światło na wcześniejsze doniesienia o FC w schizofrenii. To, czy ta cecha neuronalna jest związana z rozwojem zaburzenia, pozostaje do ustalenia.

Niedawne odkrycie nieustannych spontanicznych fluktuacji aktywności ludzkiego mózgu (określane również jako fMRI w stanie spoczynku) było przedmiotem intensywnych badań nad obrazowaniem mózgu. Spontaniczna aktywność BOLD pokazuje zorganizowaną specjalizację anatomiczną, a także zakłócenia w wielu patologiach mózgu. Związek między spontanicznymi fluktuacjami fMRI a ludzkim zachowaniem jest zatem niezwykle interesujący i ważny. Tutaj informujemy, że istnieje wysoce istotna korelacja pomiędzy spontanicznymi fluktuacjami BOLD a ruchami gałek ocznych, które występują podprogowo i spontanicznie przy braku jakiejkolwiek wizualnej stymulacji. Spośród różnych testowanych parametrów ruchu gałek ocznych znaleźliśmy silne i anatomicznie spójne korelacje zarówno z amplitudą, jak i prędkością spontanicznych ruchów gałek ocznych. Eksperymenty kontrolne wykluczyły wkład uwagi przestrzennej i wzrokowej oraz płynnych ruchów gałek ocznych na efekt. Spójna anatomiczna swoistość wzorców korelacji i ich ścisłe powiązanie czasowe przy odpowiednim opóźnieniu hemodynamicznym przemawiają przeciwko nieneuronowemu wyjaśnieniu efektu, takim jak cykle sercowe lub oddechowe. Nasze wyniki pokazują zatem związek między stanem spoczynku a spontanicznie pojawiającym się podświadomym zachowaniem okulomotorycznym. (C) 2011 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Badanie świadomej percepcji wzrokowej niezmiennie wymaga pewnych środków przekazu. Raport może być subiektywny, tj. introspektywna ocena świadomego doświadczenia, lub obiektywny, tj. dyskryminacja wymuszonego wyboru w odniesieniu do różnych stanów bodźca. Jednak związek między typem raportu a sygnałami fMRI-BOLD pozostaje nieznany. Tutaj zastosowaliśmy ciągłe tłumienie błysku, aby uczynić obrazy celu niewidocznymi i zaobserwowaliśmy długotrwałe rozdzielenie między subiektywnym raportem widoczności a wymuszonym wyborem lokalizacji celów przez ludzi („ślepy wzrok”). Nasze wyniki wskazują na silną dysocjację między regionami mózgu a rodzajem raportu. Odnajdujemy subiektywne efekty widoczności w obszarach wizualnych wyższego rzędu, nawet przy jednakowej obiektywnej wydajności. Nie znaleziono znaczącej różnicy BOLD między prawidłowymi i nieprawidłowymi próbami w tych obszarach, gdy subiektywne sprawozdanie było stałe. Z drugiej strony obiektywne wyniki wiązały się z dokładnością klasyfikacji wzorców wielowymiarowych, głównie we wczesnych obszarach wizualnych. Nasze dane łącznie potwierdzają pogląd, że subiektywne i obiektywne raporty wykorzystują sygnały korowe o różnej lokalizacji i amplitudzie w korze wzrokowej.

Wpływ szybkości modulacji bodźca na podstawową aktywność neuronalną w korze słuchowej człowieka nie jest jasny. Badania na ludziach (przy użyciu technik inwazyjnych i nieinwazyjnych) wykazały, że na poziomie populacji kora słuchowa podąża za otoczką bodźca. Tutaj zbadaliśmy wpływ szybkości modulacji bodźca, wykorzystując rzadką okazję do zarejestrowania zarówno aktywności impulsowej, jak i lokalnych potencjałów pola (LFP) w korze słuchowej pacjentów podczas wielokrotnych prezentacji audiowizualnego klipu filmowego prezentowanego z normalną, podwójną i poczwórną prędkością . Średnia szybkość odpalania podczas wywołanej aktywności pozostawała taka sama dla różnych prędkości, a profil odpowiedzi czasowej modulacji szybkości odpalania przy zwiększonych prędkościach bodźca był liniowo skalowaną wersją odpowiedzi przy niższych prędkościach. Dodatkowo, indukowana bodźcem modulacja lokalnych potencjałów pola w wysokim paśmie gamma (64-128 Hz) wykazywała podobne skalowanie czasowe jak modulacje szybkości odpalania neuronów. Nasze dane potwierdzają i rozszerzają poprzednie badania na ludziach i znieczulonych zwierzętach, wspierając model, w którym zarówno szybkość wypalania, jak i modulacje mocy LFP o wysokim współczynniku gamma w korze słuchowej podążają za obwiednią czasową bodźca w różnych szybkościach modulacji. Hum Brain Mapp 32:1181-1193, 2011. (C) 2010 Wiley-Liss, Inc.

Autyzm jest często opisywany jako zaburzenie synchronizacji neuronalnej. Nie wiadomo jednak, jak wcześnie pojawiają się nieprawidłowości w synchronizacji rozwoju i czy są one związane z rozwojem wczesnych autystycznych objawów behawioralnych. Tutaj pokazujemy, że zakłócona synchronizacja jest widoczna w spontanicznej aktywności korowej naturalnie śpiących małych dzieci z autyzmem, ale nie u małych dzieci z opóźnieniem językowym lub typowym rozwojem. Małe dzieci z autyzmem wykazywały znacznie słabszą synchronizację międzypółkulową (tj. słabą „funkcjonalną łączność” między dwiema półkulami) w domniemanych obszarach językowych. Siła synchronizacji była dodatnio skorelowana ze zdolnościami werbalnymi i ujemnie skorelowana z nasileniem autyzmu, co umożliwiło identyfikację większości dzieci z autyzmem (72%) z dużą dokładnością (84%). Zakłócona synchronizacja korowa wydaje się zatem być godną uwagi cechą neurofizjologii autyzmu, która jest widoczna na bardzo wczesnych etapach rozwoju autyzmu.

Badania elektroencefalografii i magnetoencefalografii skóry głowy ujawniły szybką „adaptację” potencjału wywołanego, w którym jeden bodziec wzrokowy tłumi potencjał związany ze zdarzeniem (ERP) drugiego bodźca. Tutaj zbadaliśmy podobny efekt ujawniony w podtwardówkowych nagraniach wewnątrzczaszkowych u ludzi. Nasze wyniki pokazują, że tłumienie podtwardówkowego ERP nie jest związane z redukcją mocy częstotliwości gamma, uważanej za odzwierciedlenie podstawowej aktywności nerwowej. Ponadto, zjawisko wywołanej potencjalnej supresji (EPS) nie znalazło odzwierciedlenia w zachowaniu rozpoznawczym pacjentów. Wskaźnik EPS był raczej ściśle powiązany z poziomem aktywności gamma przed zdarzeniem, a efekt ten był niezależny od przedziału czasowego między bodźcami. Analiza innych pasm częstotliwości nie wykazała podobnego związku. Nasze wyniki pokazują zatem spójny antagonizm między podtwardówkową ERP a mocą gamma, chociaż obie są uważane za markery aktywności neuronalnej. Stawiamy hipotezę, że tłumienie ERP jest spowodowane desynchronizacją odpalania neuronów wynikającą z nawracającej aktywności neuronalnej w sąsiedztwie świeżo stymulowanych neuronów, a nie osłabieniem ogólnej aktywności neuronowej.

Pomimo szeroko zakrojonych badań sieci Default, zbioru regionów, które mają tendencję do zmniejszania swojej aktywności w stosunku do odpoczynku w odpowiedzi na zadania sterowane bodźcami, jej funkcja jest nadal przedmiotem dyskusji. W szczególności nadal nie jest jasne, w jakim stopniu profil aktywacji tej sieci jest napędzany przez procesy związane z zewnętrzną stymulacją (hamującą lub antycypacyjną), czy też jest napędzany przez określone treści myślowe. Aby odpowiedzieć na to pytanie, zbadaliśmy zdolność myśli, generowanych przy braku zewnętrznej stymulacji, do modulowania domyślnej aktywacji sieci. W zestawie eksperymentów kilka rodzajów długotrwałych myśli pozbawionych bodźców zostało wywołanych przez krótkie (

Ekspertyza percepcyjna jest tradycyjnie kojarzona ze zwiększoną aktywnością mózgu w odpowiedzi na przedmioty ekspertyzy w korze wzrokowej selektywnej względem kategorii, przede wszystkim w obszarach selektywnych względem twarzy. Ponownie oceniliśmy ten pogląd, badając, czy aktywność mózgu związana z doświadczeniem w rozpoznawaniu obiektów jest ograniczona do kory selekcyjnej kategorii, a konkretnie, czy zakres aktywności związanej z ekspertyzą objawia się automatycznie, czy też może być modulowany odgórnie. Przeprowadziliśmy 2 badania funkcjonalnego rezonansu magnetycznego porównujące zmiany aktywności hemodynamicznej związane z biegłością samochodu w konwencjonalnym zadaniu z jednym grzbietem (Eksperyment 1) i kiedy istotność zadania została wyraźnie zmanipulowana (Eksperyment 2). Analiza całego mózgu ujawniła rozległą aktywność związaną z wiedzą ekspercką w całej korze wzrokowej, zaczynając już w V1 i rozciągając się na obszary niewizualne. Jednakże, gdy samochody były nieistotne dla zadania, aktywność związana z ekspertyzami drastycznie zmalała, a wręcz upodobniła się do aktywności wywoływanej przez samochody u nowicjuszy. Sugerujemy, że wiedza specjalistyczna pociąga za sobą dobrowolne odgórne zaangażowanie wielu sieci neuronowych, oprócz aktywacji sterowanej bodźcami, związanej z mechanizmami percepcyjnymi.

Używając paradygmatu adaptacji fMR dla różnych poziomów morfingu twarzy, ostatnio wykazaliśmy wąskie dostrojenie neuronalne do twarzy nawet na poziomie podprzykładowym, co było ściśle związane z dyskryminacją percepcyjną (Gilaie-Dotan i Malach, 2007). Nie jest jednak jasne, czy ta relacja jest unikalna dla twarzy, czy jest ogólną właściwością reprezentacji obiektów, w tym obiektów nieznanych, oraz czy dostosowanie adaptacji wynika z fizycznych zmian bodźca, czy też ze zmian w dyskryminacji percepcyjnej. Tutaj porównaliśmy ten sam paradygmat morfingu twarzy dla twarzy wyprostowanych i odwróconych, modulując w ten sposób efekty znajomości i rozróżniania percepcyjnego, jednocześnie zrównując wszystkie cechy niskiego poziomu. Odkryliśmy, zgodnie z oczekiwaniami, percepcyjny „efekt odwrócenia”, tj. znaczne zmniejszenie dyskryminacji odwróconej twarzy. Co ważne. strojenie adaptacyjne fMR w obszarze twarzy wrzecionowatej (FFA) zmieniało się zgodnie z różną wrażliwością percepcyjną zarówno dla twarzy wyprostowanej, jak i odwróconej. Dodatkowe regiony selektywne względem obiektu wykazywały różnice w szerokościach strojenia dla dwóch kategorii. Nasze wyniki są zgodne z modelem, według którego zdolność ludzkich obserwatorów do rozróżniania obiektów zależy od właściwości dostrajania kształtu poszczególnych neuronów. (C) 2009 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Formowanie pamięci wymaga ułożenia przeżytych wydarzeń w takiej samej kolejności, w jakiej się pojawiły. Duża ilość dowodów z badań na ludziach wskazuje, że struktury w przyśrodkowym płacie skroniowym są krytycznie zaangażowane w tworzenie i utrzymywanie takich wspomnień, a uzupełniające dowody z uszkodzeń i pracy elektrofizjologicznej u zwierząt potwierdzają te odkrycia. Jednak pozostaje niejasne, w jaki sposób pojedyncze komórki i sieci komórek mogą sygnalizować ten czasowy związek między zdarzeniami. Tutaj wykorzystaliśmy nagrania z pojedynczych komórek w ludzkim mózgu uzyskane podczas oglądania powtarzających się prezentacji epizodów kinowych. Odkryliśmy, że aktywność neuronalna w kolejnych segmentach czasowych stopniowo się korelowała, w wyniku czego aktywność w danym oknie czasowym stała się wiernym predyktorem przyszłej aktywności. Ta korelacja pojawiła się szybko, w ciągu dwóch do trzech prezentacji epizodu i przekroczyła zarówno korelacje niezależne od kontekstu, jak i korelacje sterowane wyłącznie bodźcem. Korelacja była specyficzna dla neuronów hipokampa, nie występowała w jądrze migdałowatym i przednim zakręcie obręczy i została stwierdzona dla pojedynczych komórek, par komórek i trojaczków komórek, co potwierdza pogląd, że zespoły komórek kodują czasowe relacje między zdarzeniami czuciowymi. Co ważne, ta miara neuronalna wiązania czasowego skutecznie przewidywała zdolność badanych do przypominania sobie i ustnego zgłaszania obserwowanych epizodów później. Nasze odkrycia sugerują neuronalne podłoże do tworzenia pamięci o porządku czasowym wydarzeń.

Wiarygodność odpowiedzi jest uzupełnieniem bardziej konwencjonalnych pomiarów amplitud odpowiedzi i może ujawnić zjawiska, których nie wykazują amplitudy odpowiedzi. Tutaj dokonujemy przeglądu badań, które mierzyły niezawodność aktywności korowej w obrębie lub pomiędzy ludźmi w odpowiedzi na naturalistyczną stymulację (np. bezpłatne oglądanie filmów). Pomimo pozornie niekontrolowanej natury zadania, niektóre z tych złożonych bodźców wywołują wysoce niezawodną, ​​selektywną i ograniczoną w czasie aktywność w wielu obszarach mózgu, w tym w niektórych obszarach, które wykazują niewielką modulację odpowiedzi w większości konwencjonalnych protokołów eksperymentalnych. Ćwiczenie to stwarza okazję do odpowiedzi na nowe pytania dotyczące naturalnego widzenia, czasowej skali przetwarzania, pamięci i neuronalnych podstaw różnic międzygrupowych.

Cel: Ostatnie badania wykazują dowody na wielozmysłową reprezentację w funkcjonalnie prawidłowej korze wzrokowej, ale ta idea pozostaje kontrowersyjna. Często twierdzi się, że aktywacja kory potylicznej jest odzwierciedleniem mentalnych procesów obrazowania wzrokowego wywołanych innymi modalnościami. Jednakże, jeśli kora potyliczna jest rzeczywiście aktywna podczas dotyku, może to być podstawą ogromnej plastyczności międzymodalnej obserwowanej u osób wrodzonych niewidomych. Metody: Aby rozwiązać te problemy, użyliśmy fMRI do porównania wzorców aktywacji wywołanych przez zadanie rozpoznawania obiektów dotykowych (TOR) (prawa lub lewa ręka) u 8 osób widzących i 8 osób niewidomych od urodzenia, z kilkoma innymi zadaniami kontrolnymi. Wyniki: TOR silnie aktywował obszary selektywnego obiektu w bocznym zespole potylicznym (LOC/LOtv) u osób niewidomych (podobne do wzorców aktywacji stwierdzanych u osób widzących), co wskazuje, że identyfikacja obiektu per se (tj. przy braku wizualizacji) jest wystarczające do wywołania odpowiedzi w LOC/LOtv. Co ważne, w korze potylicznej w obu grupach zaobserwowano znikomą aktywację potyliczną dla ruchów rąk (imitujących palpacje przedmiotowe). Ponadto w obu grupach aktywacja TOR w LOC/LOtv była obustronna, niezależnie od palpacyjnej ręki (podobnie jak brak silnej preferencji pola widzenia w LOC/LOtv dla oglądanych obiektów). Wreszcie, najbardziej widoczne wzmocnienie aktywacji TOR u osób niewidomych od urodzenia (w porównaniu z ich widzącymi rówieśnikami) stwierdzono w tylnej korze potylicznej. Wnioski: Wyniki te sugerują, że obrazowanie wzrokowe nie jest obowiązkowym warunkiem aktywacji obiektów w korze wzrokowej. Pokazuje również ogromną plastyczność w korze wzrokowej osób niewidomych w zakresie rozpoznawania obiektów dotykowych, która obejmuje zarówno brzuszny, jak i grzbietowy obszar potyliczny, prawdopodobnie w celu wsparcia wysokiego zapotrzebowania na tę funkcję u osób niewidomych.

Wydajność rozpoznawania ludzkiego charakteryzuje się nagłymi zmianami w stanach percepcyjnych. Zrozumienie dynamiki neuronalnej leżącej u podstaw takich przejść może dostarczyć ważnych informacji na temat mechanizmów rozpoznawania i świadomości percepcyjnej. Tutaj przebadaliśmy pacjentów monitorowanych w celach klinicznych za pomocą wielu elektrod podtwardówkowych.Pacjenci brali udział w eksperymencie maskowania wstecznego, w którym na krótko przedstawiano zdjęcia różnych kategorii obiektów, a następnie maskę. Zarejestrowaliśmy ECoG z 445 elektrod umieszczonych u 11 pacjentów. Odkryliśmy uderzający wzrost mocy gamma (30-70 Hz) i wywołane reakcje szczególnie związane z udanym rozpoznaniem. Wzmocniona aktywacja wystąpiła 150-200 ms po wystąpieniu bodźca i konsekwentnie trwała dłużej niż prezentacja bodźca. Proponujemy, że gamma i wywołane potencjalne aktywacje odzwierciedlają szybki wzrost nawracającej aktywności neuronalnej, która odgrywa kluczową rolę w pojawieniu się rozpoznawalnej percepcji wzrokowej w świadomej świadomości.

Fundamentalną koncepcją w przetwarzaniu wzrokowym jest to, że aktywność w wyróżniających się obszarach wyższego rzędu kategorii obiektów (np. boczny kompleks potyliczny, wrzecionowaty obszar twarzy, środkowy skroniowy+) zależy od oddolnego przepływu aktywności we wcześniejszych obszarach retinotopowych (V2, V3, V4), którego główny wkład pochodzi z pierwotnej kory wzrokowej (V1). W związku z tym działalność na obszarach leżących poniżej powinna odzwierciedlać nakłady niższego poziomu. Tutaj kwalifikujemy to pojęcie zgłaszając przypadek LG, rzadki przypadek agnozji i prozopagnozji obiektów rozwojowych. U tej osoby V1 był silnie aktywowany przez bodźce wzrokowe, ale obszary pośrednie (V2-V4) były silnie dezaktywowane. Pomimo tej pośredniej dezaktywacji aktywność w dalszych obszarach wzrokowych pozostała silna, wykazując selektywność w odniesieniu do domów i miejsc, podczas gdy selektywność w odniesieniu do twarzy i przedmiotów była osłabiona. Zakres upośledzenia widoczny w funkcjonalnym rezonansie magnetycznym i aktywacji elektroencefalografii był nieco większy w lewej półkuli. Ten wzorzec aktywności mózgu, w połączeniu z dość adekwatną codzienną sprawnością wzrokową, jest zgodny z modelami podkreślającymi rolę nieliniowego, lokalnego „wzmocnienia” sygnałów neuronalnych w wywoływaniu aktywności w brzusznych i grzbietowych szlakach wzrokowych, jak również w doświadczeniu percepcyjnym w ludzkim mózgu. Tak więc, podczas gdy prawidłowe funkcjonowanie obszarów pośrednich wydaje się niezbędne dla specjalizacji w korze mózgowej, codzienne zachowanie wzrokowe i czytanie są utrzymywane nawet przy wyłączonych pośrednich obszarach wzrokowych.

Zaburzenia świadomości (DOC) budzą głębokie problemy naukowe, kliniczne, etyczne i filozoficzne. Rosnąca wiedza na temat podstawowych zasad organizacji mózgu u zdrowych osób stwarza nowe możliwości lepszego zrozumienia resztkowej funkcji mózgu w DOC. Omawiamy tutaj nowe perspektywy wywodzące się z niedawno zaproponowanego schematu organizacji mózgu leżącej u podstaw świadomości zdrowych osób. W tym schemacie sieci wzgórzowo-korowe można podzielić na dwa, często antagonistyczne, globalne systemy: (i) system zorientowanych na zewnątrz sieci czuciowo-motorycznych (system „zewnętrzny”) oraz (ii) system zorientowanych do wewnątrz sieci (system „wewnętrzny” lub domyślny). Zgodnie z tymi ramami możliwe byłyby cztery różne stany psychiczne, które mogłyby mieć znaczenie dla zrozumienia DOC. U zdrowych ochotników i pacjentów z zespołem zamknięcia oczekuje się stanu wysokiej funkcjonalności zarówno zewnętrznego, jak i wewnętrznego lub domyślnego systemu – związanego z pełną świadomością otoczenia i siebie. W takim przypadku zadania obrazowania umysłowego w połączeniu z fMRI mogą być użyte do wykrycia utajonej świadomości u pacjentów, którzy nie są w stanie się porozumieć. Zgodnie z ramami możliwe są również dwa komplementarne stany nierównowagi systemu, w których jeden system jest w stanie hiperfunkcjonalnym, a drugi jest hipoaktywny. Oczekuje się, że nadczynność układu zewnętrznego prowadzi do stanu całkowitego „wchłonięcia” czuciowo-motorycznego lub „zagubienia siebie”. W przeciwieństwie do tego, oczekuje się, że wewnętrzna lub domyślna hiperfunkcja systemu doprowadzi do stanu całkowitego oderwania się od świata zewnętrznego. Przewiduje się, że stan, w którym zarówno zewnętrzne, jak i wewnętrzne systemy są niedoczynne, będzie prowadzić do znacznego upośledzenia świadomości, jak widać u DOC. Na koniec, dokonamy przeglądu potencjalnego wykorzystania ultra-wolnych fluktuacji sygnału BOLD jako narzędzia do oceny integralności funkcjonalnej systemów zewnętrznych i wewnętrznych podczas akwizycji fMRI w "stanie spoczynku". W szczególności omawiamy potencjał zapewniany przez a

Zaprojektowano nowe środowisko gier komputerowych do oceny motywowanych zachowań z własnej inicjatywy i wykorzystano je do pomiaru jego neuralnych korelatów u zdrowych osób za pomocą funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego. Wyniki pokazują sieć obszarów mózgu zaangażowanych w te procesy, w tym grzbietowo-boczną przedczołową, środkową przedczołową i tylną korę ciemieniową. Nasz paradygmat może potencjalnie posłużyć jako podstawa do oceny i rehabilitacji zachowań inicjowanych i apatii.

System wizualny przetwarza właściwości obiektów i właściwości przestrzenne w odrębnych podsystemach i postawiliśmy hipotezę, że to rozróżnienie może rozciągać się na indywidualne różnice w przetwarzaniu wzrokowym. Przeprowadziliśmy badanie funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, badając neuronalne podstawy indywidualnych różnic między obiektami a przestrzennym przetwarzaniem wzroku. Dziewięciu uczestników o wysokich zdolnościach przetwarzania obiektów (wizualizatorzy „obiektów”) i ośmiu uczestników o wysokich zdolnościach przetwarzania przestrzennego (wizualizatory „przestrzenne”) zostało przeskanowanych podczas wykonywania zadania przetwarzania obiektów. Osoby wizualizujące obiekty wykazały niższą obustronną aktywność nerwową w bocznym kompleksie potylicznym i niższą prawo-lateralną aktywność nerwową w grzbietowo-bocznej korze przedczołowej. Dane wskazują, że wysoka zdolność przetwarzania obiektów wiąże się z bardziej efektywnym wykorzystaniem zasobów obiektów wizualnych, co skutkuje mniejszą aktywnością neuronową na ścieżce przetwarzania obiektów. NeuroReport 19:1727-1731 (C) 2008 Wolters Kluwer Zdrowie | Lippincott Williams i Wilkins.

Cel: Ocena możliwości zastosowania obrazów T1-zależnych w obecności środka kontrastowego do mapowania funkcjonalnego bez artefaktów podatności, w porównaniu z obrazowaniem zależnym od poziomu natlenienia krwi (BOLD). Materiały i metody: Sześciu pacjentów i pięciu osób z grupy kontrolnej przeskanowano przy użyciu obrazowania funkcjonalnego BOLD i T1-ważonego, w obecności środka kontrastowego Gd-DTPA (TOFICA). W grupie kontrolnej wykonano obrazy BOLD o niskiej i wysokiej rozdzielczości. Bodźce funkcjonalne obejmowały aktywacje ruchowe i językowe. Wyniki: Obie metody BOLD i TOFICA spowodowały aktywacje w oczekiwanych obszarach anatomicznych. Mapowanie TOFICA dało mniej rozłożone iz wyższymi procentowymi zmianami sygnału w porównaniu z obrazami BOLD. GdDTPA pozostawał we krwi prawie na stałym poziomie przez co najmniej 15 minut po wstrzyknięciu. U jednego pacjenta z klipsami chirurgicznymi nie wykryto sygnału w lewej półkuli mózgu za pomocą obrazowania BOLD, ale aktywację można było zmapować za pomocą metody TOFICA. Wniosek: Obrazowanie T1-ważone w obecności środka kontrastowego można wykorzystać do mapowania czynnościowego. Metoda ta jest niewrażliwa na artefakty związane z podatnością i dlatego jest korzystna w ocenie przypadków przedoperacyjnych oraz w obszarach mózgu w pobliżu ubytków, w których metoda BOLD nie może być wiarygodnie zastosowana.

Pojawienie się pamięci, śladu przeszłości, w ludzkiej świadomości jest jedną z największych tajemnic ludzkiego umysłu. Podczas gdy neuronalne podstawy pamięci rozpoznawczej mogą być badane eksperymentalnie u naczelnych ludzi i innych niż ludzie, badanie swobodnego przypominania wymaga, aby umysł zadeklarował wystąpienie przywoływanej pamięci (zdarzenia nieodłącznego dla organizmu i niewidocznego dla obserwatora). Tutaj opisujemy aktywność pojedynczych neuronów w ludzkim hipokampie i otaczających go obszarach, gdy badani najpierw oglądają epizody filmowe składające się z sekwencji audiowizualnych, a później, gdy swobodnie je sobie przypominają. Podzbiór tych neuronów wykazywał selektywne odpalanie, które często utrzymywało się podczas i po określonych epizodach nawet przez 12 sekund. Werbalne doniesienia o wspomnieniach tych specyficznych epizodów w czasie swobodnego przypominania były poprzedzone selektywną reaktywacją tych samych neuronów hipokampa i kory śródwęchowej. Sugerujemy, że ta reaktywacja jest wewnętrznie generowanym korelatem neuronalnym dla subiektywnego doświadczenia spontanicznego pojawiania się ludzkich wspomnień.

Badania na zwierzętach wykazały silną aktywność elektrofizjologiczną w korze czuciowej przy braku bodźców lub zadań. Podobnie niedawne obrazowanie metodą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego człowieka (fMRI) ujawniło rozległe, spontanicznie pojawiające się fluktuacje korowe. Nie wiadomo jednak, jaka dynamika neuronalna leży u podstaw tej spontanicznej aktywności w ludzkim mózgu. Tutaj zbadaliśmy ten problem, łącząc obustronne, jednojednostkowe, lokalne zapisy potencjałów pola (LFP) i elektrokortykografii wewnątrzczaszkowej (ECoG) u osób poddawanych monitorowaniu klinicznemu. Znaleźliśmy powolne (

Ostatnio zaproponowaliśmy fundamentalny podział kory ludzkiej na dwie komplementarne sieci – „zewnętrzną”, która zajmuje się środowiskiem zewnętrznym, oraz „wewnętrzną”, która w dużej mierze pokrywa się z systemem „tryb domyślnych” i zajmuje się zorientowanym wewnętrznie i endogenne procesy psychiczne. Tutaj przetestowaliśmy tę hipotezę, porównując podejmowanie decyzji w warunkach zewnętrznych i wewnętrznych. Badani otrzymywali zewnętrzną wskazówkę i musieli albo stosować się do zewnętrznej instrukcji (warunek „określony”), albo zignorować ją i postępować zgodnie z procesem dobrowolnej decyzji (warunek „wolnej woli”). Nasze wyniki pokazują, że dobrze zdefiniowany komponent systemu wewnętrznego – prawa dolna kora ciemieniowa – był preferencyjnie aktywowany podczas stanu „wolnej woli”. Co ważne, aktywność ta była znacznie wyższa niż wyjściowy stan spoczynkowy. Wyniki potwierdzają samozależną rolę systemu wewnętrznego i dostarczają wyraźnych dowodów na specjalizację zarówno półkulistą, jak i regionalną w wewnętrznym systemie człowieka. (C) 2007 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Z badań obrazowych wiadomo, że obszary związane z obiektem w brzusznym układzie wzrokowym u ludzi są aktywowane preferencyjnie przez obrazy obiektów w porównaniu z szumem lub wzorami tekstury. Nie wiadomo jednak, jakie cechy obrazów obiektów są wydobywane i reprezentowane w tych obszarach. Tutaj przetestowaliśmy, w jakim stopniu reprezentacja klas wizualnych wykorzystywała fragmenty obiektów wybrane przez maksymalizację informacji dostarczonych o klasie. Przetestowaliśmy czynnościowe obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego zależną od poziomu utlenowania krwi aktywację wysoce informacyjnych cech obiektu w obszarach widzenia niskiego i wysokiego poziomu, w porównaniu z cechami obiektu nie zawierającymi informacji dopasowanymi pod kątem właściwości obrazu niskiego poziomu. Aktywacja w V1 była podobna, ale w bocznym obszarze potylicznym i tylnym zakręcie wrzecionowatym aktywacja przez „informacyjne” fragmenty była znacznie wyższa dla trzech klas obiektów. Badania behawioralne wykazały również wysoką korelację między wydajnością a informacjami o fragmentach. Wyniki pokazują, że obiektywna miara informacji o klasach może przewidzieć wydajność klasyfikacji i aktywację w obszarach związanych z obiektem ludzkim.

Badaliśmy reakcje pojedynczych neuronów w przyśrodkowym płacie skroniowym człowieka, podczas gdy badani oglądali znajome twarze, zwierzęta i punkty orientacyjne. Stopniowo skracając czas trwania prezentacji bodźca, w połączeniu z maskowaniem wstecznym, pokazujemy dwie uderzające właściwości tych neuronów. (i) Ich reakcje nie różnią się statystycznie dla czasów trwania bodźca 33 ms, 66 ms i 132 ms, a tylko w przypadku prezentacji 264 ms występuje znacznie wyższy poziom wyzwalania. (it) Te odpowiedzi podążają za świadomą percepcją, jak wskazuje raport rozpoznawania badanych. Co ciekawe, po rozpoznaniu, jedna migawka tak krótka jak 33 ms była wystarczająca, aby wywołać silne, jednojednostkowe reakcje, o wiele trwające dłużej niż prezentacja bodźca. Wyniki te sugerują, że neurony w przyśrodkowym płacie skroniowym mogą odzwierciedlać świadome rozpoznawanie przez odpowiedzi „wszystko albo nic”.

Funkcjonalna adaptacja rezonansu magnetycznego (fMR-A, zwana również tłumieniem powtórzeń) to zmniejszenie aktywności spowodowane powtarzającymi się prezentacjami obrazów, które zostały szeroko zbadane w obszarach wzrokowych człowieka. Tutaj sprawdziliśmy, czy dynamika fMR-A podczas długotrwałych prezentacji obrazu jest determinowana przez region korowy lub kategorię bodźca. Dziewięć osób zostało zeskanowanych podczas oglądania długotrwałej prezentacji pojedynczej twarzy lub obrazu domu. Poziom uwagi był utrzymywany przez całą prezentację przez wymagające zadanie wykrywania kontrastu. Nasze wyniki pokazują wyraźne regionalne zróżnicowanie w dynamice adaptacji w obrębie kory wzrokowej wysokiego poziomu, zwłaszcza w strumieniu brzusznym. Regiony selektywne dla twarzy wykazywały początkowy efekt adaptacji, po którym następował utrzymujący się poziom aktywności zarówno w przypadku obrazów twarzy, jak i domu. W przeciwieństwie do tego, aktywność w regionach związanych z domami wykazała szybszy początkowy spadek liczby domów, który osiągnął zasadniczo poziom wyjściowy w przypadku nieoptymalnych obrazów twarzy. Obszar potyliczny boczny związany z obiektem (LO) wykazywał profil adaptacji podobny do obszarów selektywnych na twarz. Co ważne, w każdym regionie tempo spadku sygnału od szczytowej aktywacji było niezależne od oglądanej kategorii (preferowana lub niepreferowana), i dotyczyło to również regionów ciemieniowych i czołowych. Zatem nasze wyniki pokazują, że funkcjonalne zróżnicowanie w obszarach strumienia brzusznego jest widoczne nie tylko w ich funkcjonalnej selektywności, ale także w ich dynamice adaptacji. Nasze wyniki sugerują raczej regionalną niż bodźcową specyficzność w odniesieniu do obliczeń korowych. Wyniki te pokazują, że efekt adaptacji może w rzeczywistości być zgodny z modelami zakładającymi ścisłą korelację między poziomami aktywności a stanami percepcyjnymi. (c) 2007 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Globalne zasady organizacyjne mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia funkcjonalności kory. Niedawno zaproponowaliśmy globalny podział tylnej kory na dwa systemy o dużej skali. Jeden system, oznaczony jako zewnętrzny, obejmuje korę czuciowo-ruchową i jest powiązany ze środowiskiem zewnętrznym. Drugi system, oznaczony jako wewnętrzny, zasadniczo pokrywa się z wcześniej opisaną siecią „w trybie domyślnym” i jest prawdopodobnie powiązany z przetwarzaniem zorientowanym na siebie. Ten globalny podział kory mózgowej wyłonił się z danych obrazowania hemodynamicznego, których analiza była ograniczona wcześniej ustalonymi hipotezami. Tutaj zastosowaliśmy wolny od hipotez, nienadzorowany dwuklasowy algorytm grupowania (k-średnie) do dużego zestawu danych fMRI. Dwa skupiska wyznaczone przez tę nienadzorowaną, pozbawioną hipotez procedurę wykazały wysoką spójność anatomiczną u poszczególnych osób, a ich topografia korowa pokrywała się w dużej mierze z wcześniej określonymi układami zewnętrznymi i wewnętrznymi. Te nowe wyniki oparte na klastrach potwierdzają, że podpodział wewnątrz-zewnętrzny stanowi fundamentalny podział korowy. (C) 2007 Elsevier Ltd. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Tylko zauważalne różnice parametrów fizycznych są często ograniczone rozdzielczością obwodowego aparatu sensorycznego. Zatem dwupunktowe rozróżnianie w widzeniu jest ograniczone przez wielkość poszczególnych fotoreceptorów. Selektywność częstotliwościowa jest podstawową właściwością neuronów w szlaku słuchowym ssaków(1,2). Jednak zauważalne różnice częstotliwości są znacznie mniejsze niż szerokość pasma czujników peryferyjnych(3). W tym miejscu donosimy, że strojenie częstotliwości w pojedynczych neuronach rejestrowanych z kory słuchowej człowieka w odpowiedzi na bodźce pochodzące z akordów losowych jest znacznie węższe niż zwykle opisywane u każdego innego gatunku ssaków (oprócz nietoperzy) i znacznie przewyższa to przypisywane obwodowi słuchowemu człowieka. Co ciekawe, proste modele filtrów spektralnych nie przewidziały reakcji neuronów na bodźce naturalne, w tym mowę i muzykę. W ten sposób dźwięki naturalne angażują dodatkowe mechanizmy przetwarzania poza znakomitym strojeniem częstotliwości sondowanym przez bodźce akordów losowych.

Zajmujemy się problemem testowania w każdym wokselu mózgu, czy co najmniej u z n rozważanych warunków (lub badanych) wykazuje rzeczywisty efekt. Jedyna sugerowana dotychczas statystyka, metoda maksymalnej wartości p, zawodzi w przypadku zależności (chyba że u=n), a w szczególności w przypadku pozytywnej zależności, która pojawia się, gdy wszystkie bodźce są porównywane z tym samym bodźcem kontrolnym. Co więcej, w okresie niepodległości ma zwykle niską władzę. Do testowania, że ​​co najmniej u z n warunków pokazuje rzeczywisty efekt, sugerujemy potężne statystyki testowe, które są ważne w zależności między wartościami p poszczególnych warunków, a także w przypadku niezależności i innych statystyk testowych, które są ważne w przypadku niezależności. Używamy powyższego podejścia, zastępując warunki podmiotami, aby stworzyć informacyjne mapy grupowe, a tym samym zaoferować alternatywę dla analizy mieszanych/losowych efektów. (c) 2007 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Stany absorpcji sensorycznej mogą oferować sposób na wyplątanie percepcji z raportu. Co ciekawe, takie stany prowadzą do antagonistycznego związku między sieciami percepcyjnymi a sieciami dostępu poznawczego, co sugeruje, że świadomość percepcyjna nie zależy od odczytu przez mechanizmy dostępu poznawczego wyższego rzędu. Może raczej wyłonić się wewnętrznie, poprzez kooperacyjną dynamikę kodowania, w której każdy neuron jednocześnie reprezentuje i odczytuje stan świadomości percepcyjnej.

Neuronowa podstawa przetwarzania przestrzennego w korze słuchowej budzi kontrowersje. Badania fMRI na ludziach sugerują, że część planum temporale (PT) jest zaangażowana w słuchowe przetwarzanie przestrzenne, ale ostatnio twierdzono, że ten region jest aktywny tylko wtedy, gdy zadanie wymaga dobrowolnej lokalizacji przestrzennej. Jeśli tak jest, to w tym regionie nie może istnieć ciągła przestrzenna reprezentacja środowiska akustycznego. W przeciwieństwie do tego, pokazujemy w trzech eksperymentach fMRI, że region w przyśrodkowym PT człowieka jest wrażliwy na słuchowe zmiany przestrzenne w tle, nawet gdy badani nie są zaangażowani w zadanie lokalizacji przestrzennej i faktycznie uczestniczą w modalności wzrokowej. W takich okresach obszar ten reagował na rzadkie przesunięcia lokalizacji, a tym bardziej, gdy wzrosła zmienność przestrzenna, zgodnie z przestrzennie selektywną adaptacją. W ten sposób przestrzeń akustyczna jest reprezentowana w ludzkim PT nawet wtedy, gdy przetwarzanie dźwięku nie jest wymagane przez wykonywane zadanie.

Wstęp: W jakim stopniu aktywność poszczególnych neuronów jest sprzężona z lokalnym potencjałem pola (LFP) i funkcjonalnym obrazowaniem metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) zależnym od poziomu natlenienia krwi (BOLD)? Kwestia ta ma duże znaczenie dla zrozumienia funkcji mózgu i powiązania badań na zwierzętach z fMRI, ale wciąż jest przedmiotem dyskusji. Wyniki: Tutaj przedstawiamy dane z jednoczesnych zapisów aktywności izolowanej jednostki i LFP przy użyciu wielu elektrod w korze słuchowej człowieka. Znaleźliśmy szeroki zakres poziomów sprzężenia między aktywnością poszczególnych neuronów a gamma LFP. Jednak tę dużą zmienność można głównie wyjaśnić (r = 0,66) stopniem korelacji szybkości wyzwalania między sąsiednimi neuronami. Co ważne, zjawisko to wystąpiło zarówno podczas stymulacji sensorycznej, jak i spontanicznej aktywności. Jeśli chodzi o sprzężenie aktywności neuronalnej z BOLD fMRI, odkryliśmy, że gamma LFP było dobrze sprzężone z BOLD mierzonym u różnych osób (r = 0,62). W przeciwieństwie do tego, sprzężenie pojedynczych jednostek z BOLD było wysoce zmienne i ponownie ściśle powiązane z korelacjami między neuronami-odpalaniem (r = 0,70). Wnioski: Nasze wyniki pozwalają rozwiązać centralną kontrowersję dotyczącą sprzężenia między neuronami, sygnałami LFP i BOLD, wykazując po raz pierwszy, że sprzężenie pojedynczych jednostek z innymi miarami jest zmienne, ale jest ściśle powiązane ze stopniem korelacji międzyneuronalnych w korze słuchowej człowieka.

Funkcjonalną organizację ludzkiej kory czuciowej zbadano porównując wewnątrzczaszkowe zapisy EEG (iEEG) lokalnych potencjałów pola u pacjentów neurochirurgicznych z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym (fMRI) uzyskanym u zdrowych osób. Używając naturalistycznych bodźców filmowych, odkryliśmy ścisłą korelację między tymi dwoma pomiarami w obrębie kory czuciowej człowieka. Co ważne, korelacja między sygnałami iEEG i fMRI była swoista dla miejsca, wykazując sprzężenie swoiste neuroanatomicznie. W kilku lokalizacjach korowych działalność iEEG ograniczała się ściśle do jednej kategorii obiektów. Ta selektywność witryny nie ograniczała się do twarzy, ale obejmowała inne kategorie obiektów, takie jak domy i narzędzia. Selektywność sygnałów iEEG do obrazów różnych kategorii obiektów była znacznie wyższa w porównaniu z selektywnością odpowiednich sygnałów fMRI. Wiarygodna interpretacja wyników fMRI i iEEG dotyczy organizacji korowej, w której kategorie obiektów są zorganizowane w mozaice wąsko dostrojonych klastrów selektywnych obiektowo.

Podczas wystawiania badanych na ciągły segment filmu audiowizualnego, duża przestrzeń kory ludzkiej, zwłaszcza w tylnej połowie kory mózgowej, wykazuje aktywność stymulowaną bodźcem. Jednak w ramach tej szeroko zakrojonej aktywności znajdują się regiony korowe, których aktywność jest oderwana od stymulacji zewnętrznej. Regiony te są ze sobą wzajemnie skorelowane, tworząc funkcjonalną sieć, która w dużej mierze pokrywa się z obszarami korowymi, o których wcześniej wykazano, że są dezaktywowane przez paradygmaty zadaniowe. Co więcej, sieć obszarów, których dynamika neuronalna jest powiązana z zewnętrznymi sygnałami wejściowymi, oraz sieć obszarów, które wydają się być wewnętrznie napędzane, uzupełniają się wzajemnie, zapewniając pokrycie większości tylnej kory. Proponujemy zatem, że bodźce naturalistyczne ujawniają fundamentalny podział neuroanatomiczny tylnej kory mózgowej człowieka na 2 globalne sieci: system „zewnętrzny”, składający się z obszarów związanych z przetwarzaniem sygnałów zewnętrznych oraz system „wewnętrzny”, w dużej mierze pokrywający się z zadaniem -sieć ujemna, działająca w trybie domyślnym, obejmująca obszary związane z - jak dotąd nie w pełni zrozumiałymi - wewnętrznie zorientowanymi funkcjami.

Chociaż skuteczność rozpoznawania twarzy u ludzi wykazuje wysoką selektywność, nawet w przypadku nieznanych twarzy, obwody neuronalne leżące u podstaw tej wysokiej wydajności są słabo poznane. Można rozważyć dwie skrajne alternatywy: albo zasadę „oznaczonej linii”, w której subtelne zmiany w obrazach twarzy prowadzą do aktywacji różnie dostrojonych populacji neuronów, albo zasadę zgrubnego kodowania, w której wysoka selektywność twarzy jest kodowana przez względną aktywację szeroko dostrojone neurony. W tym badaniu postanowiliśmy parametrycznie zbadać kształt i profil selektywności obszarów wzrokowych związanych z twarzą. W tym celu zastosowaliśmy paradygmat adaptacji funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMR). Nieznane bodźce twarzy zostały przekształcone w zestawy od identycznych twarzy, poprzez subtelne morfingi, aż po zupełnie inne wzory. Wrzecionowaty obszar twarzy (FIFA) wykazywał wysoką wrażliwość twarzy, tak że nawet obrazy twarzy postrzegane jako należące do tej samej osoby (<35%) były wystarczające do pełnego wyzdrowienia z adaptacji. Co ciekawe, psychofizyczna wykrywalność różnic twarzy była zbieżna z uwolnieniem od adaptacji fMR. Wyniki te potwierdzają model oznaczonych linii, w którym wysoka czułość na zmiany twarzy jest równoległa z wąskim dostrojeniem populacji neuronów selektywnych dla każdego obrazu twarzy i sugerują, że adaptacja fMR jest ściśle związana z zachowaniem. Wyniki mają silny wpływ na naturę odpowiedzi neuronalnych związanych z twarzą.

Niedowidzenie jest zaburzeniem widzenia rozpoczynającym się we wczesnym dzieciństwie i charakteryzującym się obniżoną ostrością wzroku niepochodzącą z przyczyn optycznych lub spowodowaną jakąkolwiek chorobą oczu. Jednym z przejawów takiego anomalnego wczesnego doznania wzrokowego jest nieprawidłowe widzenie dołka. W poprzednim badaniu fMRI twarze prezentowane oczom niedowidzącym wywoływały niewielką reakcję w porównaniu z domami w obszarach wzrokowych wyższego rzędu. Pacjenci wykazywali również zmniejszone rozpoznawanie mimiki twarzy, co zwiększa prawdopodobieństwo, że te nieprawidłowości selektywności twarzy są związane z deficytem widzenia dołkowego. Nierozstrzygnięty pozostaje fakt, czy ten deficyt ma swoje źródło w przetwarzaniu na niskim poziomie, czy też jest pośredniczony przez upośledzoną aktywację w obszarach wzrokowych wyższego rzędu. W obecnym badaniu funkcjonalnym rezonansem magnetycznym (fMRI) zbadaliśmy wpływ niedowidzenia na reprezentację obrazów obiektów prezentowanych w dołkowo obciążonych centralnych i obwodowych ekscentrycznościach siatkówkowych poprzez manipulację rozmiarem obiektu. Małe i duże obrazy były skorelowane z ostrością wzroku odpowiednio 6/6 i 6/60. W obszarach widzenia niskiego poziomu oko niedowidzące wykazywało znacznie zmniejszoną aktywację w przypadku centralnie położonych, małych obrazów niż oko zdrowe, podczas gdy aktywacja w przypadku dużych obrazów była tylko nieznacznie zmniejszona. Podobnie, w obszarach wzrokowych wyższego rzędu, oko niedowidzące wykazywało znaczne zmniejszenie aktywacji w zakrętach wrzecionowatych, przy normalnej aktywacji w bruździe pobocznej. Wyniki tego badania związane z wielkością centrum/peryferii potwierdzają „oddolny” charakter efektu centrum-peryferia obserwowanego w obszarach wzrokowych wyższego rzędu. Podsumowując, odkrycia te wskazują na regionalny zasięg i funkcjonalną selektywność reorganizacji korowej związanej z dołkiem, która jest związana z nieprawidłowym rozwojem wzrokowym jednego oka. (c) 2006 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Słowa kluczowe: MÓZG ŚWIADOMOŚĆ SAMO DOŚWIADCZANIE WIZJA

W jakim stopniu aktywność układu wzrokowego zmienia się, gdy nie występuje stymulacja sensoryczna? Tutaj przestudiowaliśmy tę kwestię, badając spontaniczne fluktuacje sygnału BOLD w ludzkim układzie wzrokowym, podczas gdy badani byli umieszczeni w całkowitej ciemności. Nasze wyniki ujawniają szeroko rozpowszechnione powolne wahania podczas takich okresów odpoczynku. W przeciwieństwie do aktywności stymulowanej bodźcami, w ciemności funkcjonalnie odmienne obszary obiektów zmieniały się zgodnie. Te fluktuacje fMRI stały się szybko przestrzennie skorelowane (39% spadek poziomu korelacji, P <0,008) podczas stymulacji wzrokowej. Analiza łączności funkcjonalnej wykazała, że ​​powolne spontaniczne fluktuacje podczas odpoczynku miały spójny i specyficzny rozkład neuroanatomiczny, co przemawiało przeciwko czysto hemodynamicznym źródłom hałasu. Eksperymenty kontrolne wykluczyły zamknięcie oczu, niską luminancję i obrazowanie mentalne jako podstawowe źródła spontanicznych fluktuacji. Wyniki te pokazują, że gdy nie ma bodźca, układy sensoryczne wykazują silny poziom powolnych zorganizowanych wzorców fluktuacji. (c) 2005 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Wspólnym wątkiem w teoriach świadomości subiektywnej jest samozależna funkcja „obserwatora” lub homunkulusa, jako element krytyczny, bez którego świadomość nie może się wyłonić. Tutaj zbadaliśmy to pytanie za pomocą fMRI. W naszym badaniu porównaliśmy wzorce aktywności mózgu wytworzone przez wymagający paradygmat kategoryzacji sensorycznej z wzorcami zaangażowanymi podczas autorefleksyjnej introspekcji, stosując podobne bodźce sensoryczne. Nasze wyniki pokazują całkowitą segregację między tymi dwoma wzorcami aktywności. Ponadto regiony, które wykazywały zwiększoną aktywność podczas introspekcji, uległy silnemu zahamowaniu podczas wymagającego zadania percepcyjnego. Wyniki potwierdzają pogląd, że procesy związane z samym sobą niekoniecznie są zaangażowane podczas percepcji zmysłowej i mogą być faktycznie stłumione.

Ostatnie badania podkreślają nakładanie się neuronalnych substratów percepcji wzrokowej i obrazowania wzrokowego. Jednak subiektywne doświadczenia wyobrażania i widzenia są wyraźnie różne. Tutaj pokazujemy, że dezaktywacja kory słuchowej (i do pewnego stopnia somatosensorycznych i podkorowych struktur wzrokowych) mierzona za pomocą funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym BOLD jednoznacznie odróżnia obrazowanie wzrokowe od percepcji wzrokowej. Podczas obrazowania wzrokowego dezaktywacja kory słuchowej koreluje ujemnie z aktywacją w korze wzrokowej oraz z wynikiem w subiektywnej wyrazistości kwestionariusza obrazowania wzrokowego (VVIQ). Postrzeganie świata wymaga scalania informacji multisensorycznych, tak aby podczas widzenia informacje z innych systemów sensorycznych modyfikuje aktywność kory wzrokowej i kształtuje doświadczenie. Sugerujemy, że czysta wizualizacja wizualna odpowiada izolowanej aktywacji wizualnych obszarów korowych z równoczesną dezaktywacją „nieistotnego” przetwarzania sensorycznego, które mogłoby zakłócić obraz tworzony przez nasze „oko umysłu”.

Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) jest ważnym narzędziem. do badania funkcji ludzkiego mózgu, ale związek między sygnałami fMRI opartymi na hemodynamice w ludzkim mózgu a leżącą u ich podstaw aktywnością neuronalną jest niejasny. Zarejestrowaliśmy aktywność pojedynczej jednostki i lokalne potencjały pola w korze słuchowej dwóch pacjentów neurochirurgicznych i porównaliśmy je z sygnałami fMRI 11 zdrowych osób podczas prezentacji identycznego segmentu filmowego. Przewidywane sygnały fMRI pochodzące z pojedynczych jednostek i zmierzone sygnały fMRI z kory słuchowej wykazały wysoce istotną korelację (r = 0,7S, P

Określone regiony ludzkiej kory potyliczno-skroniowej są konsekwentnie aktywowane w badaniach obrazowania funkcjonalnego przetwarzania twarzy. Aby zrozumieć udział tych regionów w przetwarzaniu twarzy, zbadaliśmy wzór aktywacji fMRI u czterech osób z wrodzonym prozopagnozją (CP), które są znacznie upośledzone w przetwarzaniu twarzy pomimo prawidłowego widzenia i inteligencji oraz bez dowodów na uszkodzenie mózgu. Osoby te wykazywały normalny wzorzec aktywacji fMRI w zakręcie wrzecionowatym (FFA) i w innych brzusznych obszarach potyliczno-skroniowych, w odpowiedzi na twarze, budynki i inne obiekty, pokazane zarówno jako rysunki linii w zadaniach wykrywania i rozróżniania, jak i w bardziej naturalnych testach warunki, w których nie było wymagane żadne zadanie. Osoby z CP wykazywały również normalne poziomy adaptacji w eksperymencie adaptacyjnym projektu blokowego i, podobnie jak osoby kontrolne, projekt wykazywał dowody na globalną reprezentację twarzy w FFA. Brak korelacji BOLD-behawioralnej (głęboki deficyt behawioralny, normalna aktywacja związana z twarzą w brzusznej korze potyliczno-skroniowej) kwestionuje istniejące relacje reprezentacji twarzy i sugeruje, że aktywacja w tych obszarach korowych per se nie jest wystarczająca, aby zapewnić nienaruszoną twarz przetwarzanie.

Mapy korowe i połączenia zwrotne są wszechobecnymi cechami wzrokowej kory mózgowej. Rola połączeń zwrotnych jest jednak niejasna. Niniejsze badanie miało na celu ujawnienie możliwych związków organizacyjnych między projekcjami sprzężenia zwrotnego z obszaru V2 a funkcjonalnymi mapami orientacji i retinotopii w obszarze V1. Obrazowanie optyczne sygnałów wewnętrznych połączono z histochemią oksydazy cytochromowej i anatomią połączeń u sowich małp. Wstrzyknięcia znaczników podawano w domenach selektywnych względem orientacji w obszarach jasnych i grubych pasków oksydazy cytochromowej przylegających do granicy między tymi paskami. Stwierdzono, że projekcje sprzężenia zwrotnego z V2 są bardziej rozproszone niż wewnętrzne połączenia poziome w obrębie V1, ale mimo to wykazywały skupienie. Skupiska aksonów sprzężenia zwrotnego preferencyjnie rzutują na regiony oksydazy cytochromowej między plamkami. Rozkład preferowanych orientacji domen biorców w V1 był szeroki, ale wydawał się skłaniać do wartości podobnych do preferowanej orientacji wystających komórek w V2. Globalny rozkład przestrzenny projekcji sprzężenia zwrotnego w V1 był anizotropowy. Główna oś anizotropii była systematycznie równoległa do osi retinotopowej w V1, odpowiadającej preferowanej orientacji komórek pochodzenia w V2. Dochodzimy do wniosku, że połączenia sprzężenia zwrotnego z V2 do V1 mogą odgrywać rolę we wzmacnianiu odpowiedzi w V1 na współliniowe elementy konturu.

Ile neuronów uczestniczy w reprezentacji pojedynczego obrazu wizualnego? Odpowiedź na to pytanie ma kluczowe znaczenie dla ograniczenia biologicznie inspirowanych modeli rozpoznawania obiektów, które różnią się znacznie w swoich założeniach, od kilku „komórek babci” [1] do licznych neuronów w szeroko rozproszonych sieciach [2]. Techniki obrazowania funkcjonalnego, takie jak fMRI, dają możliwość zbadania tego zagadnienia, ponieważ pozwalają na jednoczesne wykrycie całej populacji neuronów reagującej na każdy bodziec. Kilka badań [3-6] wykazało, że sygnał fMRI BOLD jest w przybliżeniu proporcjonalny do aktywności neuronalnej. Ponieważ jednak stanowi pośrednią miarę tej aktywności, uzyskanie realistycznego oszacowania liczby aktywowanych neuronów wymaga kilku interweniujących kroków. Tutaj wykorzystaliśmy rozległą wiedzę o naczelnych Vi, aby uzyskać konserwatywne oszacowanie stosunku między odpowiedzią hemodynamiczną a odpalaniem neuronów. Ten stosunek został następnie wykorzystany, oprócz kilku ostrożnych założeń, do oceny liczby neuronów reagujących na obraz pojedynczego obiektu w całej korze wzrokowej, a zwłaszcza w obszarach związanych z obiektem. Nasze wyniki pokazują, że co najmniej milion neuronów w korze związanej z obiektem i około dwieście milionów neuronów w całej korze wzrokowej jest zaangażowanych w reprezentację obrazu pojedynczego obiektu.

W jakim stopniu aktywacja neuronalna w korze wzrokowej człowieka podąża za dynamiką czasową bodźca wzrokowego siatkówki? W szczególności, w jakim stopniu aktywacja neuronalna wywołana bodźcem utrzymuje się po zakończeniu bodźca? W niniejszym badaniu wykorzystaliśmy funkcjonalne obrazowanie rezonansem magnetycznym (fMRI) do zbadania powstałych nieliniowości czasowych w całej konstelacji obszarów wzrokowych człowieka. Obrazy zwierząt, domów i twarzy w skali szarości były prezentowane przy dwóch różnych częstotliwościach prezentacji - 1 i 4 Hz - a sygnał fMRI analizowano w obszarach widzenia retinotopowego i potyliczno-skroniowego wyższego rzędu. We wczesnych obszarach widzenia i obszarze wrażliwym na ruch MT/V5 czterokrotny wzrost szybkości prezentacji bodźca wywołał dwukrotny wzrost amplitudy sygnału. Jednak w obszarach wizualnych wyższego rzędu amplituda sygnału wzrosła tylko o 25%. Eksperyment kontrolny wykluczył możliwość, że ta różnica wynikała z efektów nasycenia sygnału („sufit”). Prawdopodobnym wyjaśnieniem silniejszych nieliniowości w korze potyliczno-skroniowej jest uporczywa aktywacja neuronów, która trwa długo po zakończeniu bodźca w warunkach 1 Hz. Te uporczywe aktywacje mogą służyć jako mechanizm pamięci krótkotrwałej (ikonicznej) do zachowania śladu bodźca nawet w przypadku jego braku i przyszłej integracji z bodźcami skorelowanymi czasowo. W celu wyjaśnienia danych proponuje się dwa alternatywne modele trwałości (hamujący i pobudzający).

Kilka badań wykazało, że obszar w przedniej bruździe pobocznej (CoS) i obszar w pobliżu poprzecznej bruzdy potylicznej (TOS) są preferencyjnie aktywowane przez obrazy budynków i scenerii. Niedawno odkryliśmy, że regiony te wykazują silną skłonność do aktywacji bodźców zlokalizowanych w peryferyjnym polu widzenia. Szczegółowo badamy źródło tego efektu „peryferii”. Nasze wyniki pokazują, że efekt peryferyjny może być generowany przez pojedynczy duży obiekt zajmujący peryferyjne pole widzenia, jak również przez wiele małych obiektów peryferyjnych. Zbadaliśmy również, czy efekt peryferii był związany z pierścieniowym kształtem stosowanym w konwencjonalnym mapowaniu peryferii pola widzenia i stwierdziliśmy, że sama obecność bodźca na peryferiach pola widzenia, niezależnie od kształtu obiektu, wystarcza do zwiększenia aktywacji. Odkryliśmy również, że niewielkie odchylenie w kierunku peryferyjnego pola widzenia było widoczne nawet wtedy, gdy stymulowane obszary w centralnej i peryferyjnej części pola widzenia są zrównane. Wreszcie, nasze wyniki pokazują, że efekt peryferii wykazuje selektywność obiektu, którą można uzyskać nawet w przypadku obrazów twarzy, które są nieoptymalnym bodźcem dla tego regionu. Podsumowując, nasze badanie pokazuje, że CoS i TOS związane z budynkiem wykazują prawdziwe, ale stopniowane odchylenie retinotopowe w kierunku peryferyjnego pola widzenia. (C) 2004 Wiley-Liss, Inc.

W jakim stopniu wszystkie mózgi działają tak samo w warunkach naturalnych? Zbadaliśmy to pytanie, pozwalając pięciu badanym swobodnie oglądać pół godziny popularnego filmu podczas funkcjonalnego obrazowania mózgu. Stosując bezstronną analizę, w której wzorce aktywności czasoprzestrzennej w jednym mózgu zostały wykorzystane do „modelowania” aktywności w innym mózgu, odkryliśmy uderzający poziom synchronizacji woksel po wokselu między osobami, nie tylko w pierwotnych i wtórnych obszarach wzrokowych i słuchowych, ale także w korze asocjacyjnej. Wyniki ujawniają zaskakującą tendencję poszczególnych mózgów do „kolejnego tykania” podczas naturalnego widzenia. Synchronizacja międzyobiektowa składała się z szeroko rozpowszechnionego wzorca aktywacji korowej skorelowanego ze scenami pobudzającymi emocje i komponentami selektywnymi regionalnie. Charakterystykę tych aktywacji ujawniono za pomocą otwartego podejścia „odwrotnej korelacji”, które odwraca konwencjonalną analizę, pozwalając, aby sygnały mózgowe same „odbierały” optymalne bodźce dla każdego wyspecjalizowanego obszaru korowego.

Uzupełnianie obiektów jest nieodłączną właściwością rozpoznawania wzrokowego, w którym obiekty mogą być dokładnie postrzegane w obecności istotnych przeszkód. Wcześniej pokazaliśmy [Cereb. Cortex 12 (2002) 1631, że obszary wysokiego rzędu obiektów ludzkich są sterowane częściowo przez fragmenty lokalnych obiektów, a częściowo przez globalne efekty dopełnienia. Tutaj zbadaliśmy, poprzez paradygmat maskowania wstecznego, czy równowaga przetwarzania lokalnego i globalnego jest zależna od czasu, to znaczy do jakiego stopnia efekty ukończenia ewoluują w innym czasie w porównaniu z lokalnymi reprezentacjami obrazu. W dwóch oddzielnych eksperymentach badanym przedstawiono trzy rodzaje obrazów: (a) niezakłócone rysunki kształtów zwierząt („całość”), (b) te same kształty zasłonięte zestawem równoległych pasków („siatka”) oraz ( c) zaszyfrowana wersja b, w której pozycja paska została przesunięta poziomo, zaburzając względne położenie obszarów obrazu, ale zachowując lokalny rozkład cech („zakodowany”). Obrazy były prezentowane przez 60 lub 250 cali, a następnie maska. Zarówno wyniki behawioralne, jak i fMRI z obszarów obiektów potyliczno-skroniowych wyższego rzędu wykazały konsekwentnie, że selektywność obiektów pojawia się w tym samym czasie, co reprezentacja cech lokalnych. Zatem efekty ukończenia obiektu były widoczne w tej samej względnej wielkości (LO: 0,5 +/- 0,3 i 0,58 +/- 0,04 pFs: 0,62 +/- 0,3 i 0,6 +/- 0,04 odpowiednio 60 i 250 ms) nawet przy krótkim czas trwania prezentacji, gdy ogólna aktywacja obiektu została znacznie skrócona. (C) 2003 Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Odkrycie i analiza obszarów kory wzrokowej jest głównym osiągnięciem neuronauki wzrokowej. W ostatniej dekadzie zastosowanie nieinwazyjnego obrazowania funkcjonalnego, w szczególności funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MM), radykalnie poszerzyło naszą szczegółową wiedzę na temat funkcjonalnej organizacji ludzkiej kory wzrokowej i jej związku z percepcją wzrokową. Metoda fMRI oferuje dużą przewagę nad innymi technikami stosowanymi w neuronauce, ponieważ zapewnia wielkoskalową perspektywę neuroanatomiczną, która wynika z jej zdolności do obrazowania całego mózgu w zasadzie jednocześnie. Ten widok z lotu ptaka może ujawnić zasady na dużą skalę w bardzo złożonej mnogości obszarów wizualnych. W ten sposób może zaaranżować całą konstelację ludzkich obszarów wizualnych w zunifikowane funkcjonalne ramy organizacyjne.W tym miejscu dokonujemy przeglądu najnowszych odkryć i metod zastosowanych w celu odkrycia funkcjonalnych właściwości kory wzrokowej człowieka, skupiając się na dwóch tematach: specjalizacji funkcjonalnej i przetwarzaniu hierarchicznym.

Rola wczesnych doświadczeń wizualnych w tworzeniu ludzkich obszarów wizualnych wyższego rzędu jest słabo poznana. Tutaj zbadaliśmy tę kwestię za pomocą ludzkiego niedowidzenia – rozwojowego zaburzenia widzenia, które objawia się centralnym deficytem widzenia (ostrością). Wcześniejsze badania fMRI dotyczące niedowidzących opisywały nieprawidłowe aktywacje funkcjonalne we wczesnych obszarach retinotopowych. W tym miejscu przedstawiamy zaskakujące odkrycie selektywnej nieprawidłowości związanej z obiektem w korze potyliczno-skroniowej wysokiego rzędu. W szczególności odkryliśmy, że obszary korowe związane z twarzą wykazują poważne odłączenie od oka niedowidzącego, podczas gdy obszary związane z budową pozostają zasadniczo normalne. Selektywność deficytu podkreśla obliczenia różniczkowe wykonywane w różnych obszarach obiektowych i jest zgodna z sugerowanym powiązaniem obszarów twarzy z analizą drobnych szczegółów.

Kora wzrokowa może podlegać większym modyfikacjom niż wcześniej rozważano. Stosując funkcjonalne obrazowanie rezonansem magnetycznym (fMRI) u dziesięciu niewidomych wrodzonych ludzi, odkryliśmy silną aktywację potyliczną podczas zadania pamięci werbalnej (przy braku jakichkolwiek bodźców sensorycznych), a także podczas generowania czasowników i czytania Braille'a. Znaleźliśmy również dowody na reorganizację i specjalizację kory potylicznej wzdłuż osi przednio-tylnej. Podczas gdy przednie regiony wykazywały preferencję dla alfabetu Braille'a, tylne regiony (w tym V1) preferowały pamięć werbalną i generowanie czasowników (które wymagają pamięci materiału werbalnego). U osób widzących nie stwierdzono takiej aktywacji potylicznej. Ta różnica między grupami znalazła odzwierciedlenie w lepszych wynikach osób niewidomych w różnych zadaniach werbalno-pamięciowych. Co więcej, wielkość aktywacji V1 podczas stanu pamięci werbalnej była silnie skorelowana z umiejętnościami osoby niewidomej w różnych testach pamięci werbalnej, co sugeruje, że dodatkowa aktywacja potyliczna może odgrywać rolę funkcjonalną.

W jakim stopniu emocjonalny kontekst traumatyczny wpływa na przetwarzanie sensoryczne w mózgu? Uderzającym przykładem emocjonalnego wpływu na odczuwanie jest zespół stresu pourazowego (PTSD), w którym ciężki uraz emocjonalny powoduje nawracające i żywe nieprzyjemne wspomnienia sensoryczne. Tutaj przedstawiamy badanie fMRI badające sensoryczne przetwarzanie obrazów związanych z urazem w korze wzrokowej i ciele migdałowatym w odniesieniu do PTSD. Wpływ doświadczenia traumatycznego na reakcje mózgu testowano w odniesieniu do treści bodźców i poziomu ich rozpoznawania w parametrycznym projekcie czynnikowym. Dwudziestu weteranów walki, 10 z zespołem stresu pourazowego i 10 bez zespołu stresu pourazowego, obejrzało zamaskowane wstecz obrazy treści bojowych i niezwiązanych z walką, przedstawione poniżej, w pobliżu i powyżej progów rozpoznania. Reakcja na treści bojowe wywołała większą aktywację w korze wzrokowej u osób z PTSD niż u osób bez PTSD tylko wtedy, gdy obrazy były prezentowane poniżej progu rozpoznawania. Dla kontrastu. ciało migdałowate wykazywało zwiększoną aktywację u osób z PTSD niezależnie od treści i progu rozpoznawania obrazów. Te intrygujące odkrycia są zgodne z poglądem, że w PTSD traumatyczne przeżycia emocjonalne mogą modyfikować przetwarzanie wzrokowe już na poziomie przeduważnym. Z drugiej strony brak swoistości treści w ciele migdałowatym wskazuje na możliwy predysponowany mechanizm patologicznego przetwarzania przeżyć traumatycznych. Zróżnicowana wrażliwość ciała migdałowatego i kory wzrokowej na traumatyczny kontekst implikuje odmienną rolę regionów limbicznych i czuciowych w rejestracji i przypominaniu doświadczeń emocjonalnych w mózgu. (C) 2003 Elsevier Science (USA). Wszelkie prawa zastrzeżone.

Niedawno pisaliśmy, że topograficzna organizacja ekscentryczności pola widzenia w korze wzrokowej człowieka rozciąga się na korę brzuszną potyliczno-skroniową wyższego rzędu (VOT). W obrębie tej kory regiony, które preferencyjnie reagują na twarze i budynki, mają specyficzne uprzedzenia dotyczące ekscentryczności, co sugeruje, że ta kategoria-ekscentryczność może odzwierciedlać zróżnicowane potrzeby procesów rozpoznawania. Jednak nadal nie jest jasne, w jakim stopniu to zróżnicowanie centrum/obwodów w obrębie kory potyliczno-skroniowej wysokiego rzędu zależy od natychmiastowych, z chwili na chwilę, wymagań zadaniowych. Wcześniejsze badania uwagi ograniczały się albo do eksploracji topografii pola widzenia (uwaga przestrzenna), albo do tożsamości obiektu (uwaga oparta na obiekcie). Tutaj połączyliśmy badanie tych dwóch różnych mechanizmów uwagi w tym samym badaniu. Odkryliśmy, że głównym źródłem modulacji uwagi w korze potyliczno-skroniowej była uwaga oparta na obiekcie. Przenoszenie uwagi na różne kategorie obiektów (budynki, twarze i strzałki) w znacznym stopniu modulowało aktywacje związane z obiektami. Zróżnicowana aktywacja dla każdej kategorii obiektów w obszarach obiektów potyliczno-skroniowych została utrzymana, choć na obniżonym poziomie, nawet gdy uwaga była skoncentrowana na różnych lokalizacjach przestrzennych. Niewielkie zróżnicowanie uwagi związane z ekscentrycznością zaobserwowano w bardziej grzbietowym bocznym obszarze potylicznym, ale nie w korze VOT. Wyniki te przemawiają przeciwko możliwości, że źródło zróżnicowania ekscentryczności w korze VOT wynika wyłącznie z przesunięć z chwili na chwilę w mechanizmie uwagi przestrzennej i wspierają pogląd, że mapy obciążone ekscentrycznością znalezione w tym regionie są spowodowane w selektywności kształtu ustalonej na podstawie długotrwałych procesów. (C) 2003 Elsevier Science (USA). Wszelkie prawa zastrzeżone.

Cel: Zbadanie metody wykorzystującej nadmierną ostrość, komputerowego testu psychofizycznego plamki żółtej (MCPT), do oceny centralnego pola widzenia plamki u pacjentów ze zwyrodnieniem plamki związanym z wiekiem (AMD). Projekt: Prospektywne badanie kliniczno-kontrolne testu diagnostycznego. Uczestnicy i grupa kontrolna: Sto osiem oczu 108 pacjentów z AMD i 51 oczu 51 pacjentów w tym samym wieku bez choroby siatkówki. Wśród pacjentów z AMD było 32 (30%) pacjentów z neowaskularyzacją naczyniówkową (CNV), 23 (21%) z atrofią geograficzną (GA), 35 (32%) z AMD z cechami wysokiego ryzyka (HRC) i 18 (17%) ) z wczesnym AMD bez HRC. Testowanie: Każdy badany przeszedł MCPT, w którym wirtualna linia złożona z kropek (białe kropki na czarnym tle, maksymalny kontrast) jest migana przez różne loci plamki do okołodołkowego promienia 7 stopni. Odpowiedzi pacjentów były rejestrowane i automatycznie analizowane przy użyciu specjalnego algorytmu opracowanego przed rozpoczęciem badania. Wszyscy pacjenci przeszli również nadzorowane badanie siatki Amslera na spotkaniu przed lub po MCPT w kolejności losowej. Główne miary wyników: zniekształcenie, mroczek lub rozmycie postrzegane przez pacjenta po szybkiej zmianie fiksacji zostały uznane za pozytywne w MCPT. Każde postrzeganie zniekształcenia, mroczka lub rozmycia zostało uznane za pozytywne w siatce Amslera. Wyniki: Spośród 32 pacjentów z CNV, 30 (94%) było pozytywnych w MCPT, a 11 (34%) miało pozytywny wynik w siatce Amslera. Spośród 23 pacjentów z GA, 21 (91%) było pozytywnych w MCPT i 7 (30%) miało pozytywny wynik w siatce Amslera. Spośród 35 pacjentów z HRC, 28 (80%) było pozytywnych w MCPT i 3 (9%) było pozytywnych w siatce Amslera, a z 18 wczesnych AMD z pacjentami bez HRC, 8 (44%) było pozytywnych pozytywne na MCPT i 3 (17%) były pozytywne na siatce Amslera. Spośród 51 kontroli, 3 (6%) były pozytywne w MCPT i 1 (2%) były pozytywne w siatce Amslera. Wnioski: MCPT przewyższał Amsler gr

Wrodzona prozopagnozja jest poważnym upośledzeniem identyfikacji twarzy, objawiającym się od wczesnego dzieciństwa przy braku widocznych zmian w mózgu. w tym badaniu wykorzystaliśmy fMRI do porównania aktywności mózgu wywoływanej przez twarze u osób z wrodzonym prozopagnozem (YT) z grupą kontrolną 12 osób, próbując rzucić więcej światła na naturę mechanizmów mózgowych związanych z identyfikacją twarzy. Wzorzec aktywacji YT związany z twarzą w brzusznej korze potyliczno-skroniowej był podobny do obserwowanego w grupie kontrolnej pod względem kilku parametrów: lokalizacji anatomicznej, profili aktywacji i lateralizacji półkuli. Ponadto, używając zmodyfikowanej iluzji twarzy w wazonie, odkryliśmy, że aktywność mózgu YT w regionach związanych z twarzą przejawiała globalne procesy grupowania. Jednak w bocznej korze potylicznej zaobserwowano subtelne różnice w stopniu selektywności między obiektami i twarzami. Dane te sugerują, że aktywacja związana z twarzą w brzusznej korze potyliczno-skroniowej, chociaż konieczna, sama w sobie może nie być wystarczająca do prawidłowej identyfikacji twarzy.

Połączyliśmy funkcjonalne mapy retinotopii (odwzorowanie ekscentryczności i południka), kategorii obiektów i ruchu w grupie obiektów, aby zbadać wielkoskalową topografię obszarów obiektów wyższego rzędu. Nasze wyniki ujawniają siedem spójnych jednostek powiązanych z kategorią zlokalizowanych w korze potyliczno-skroniowej, przylegających do wczesnych obszarów wzrokowych. Należą do nich dwa regiony związane z twarzami, trzy regiony związane z obiektami i dwa regiony związane z budynkami. Co ciekawe, ten złożony wzorzec związany z kategorią jest zorganizowany w wielkoskalowej, grzbietowo-brzusznej symetrii lustrzanej kategorii obiektów. Co więcej, korelując ten wzór z mapą ekscentryczności pola widzenia, odkryliśmy, że cała sieć obszarów może być powiązana z pojedynczą i ujednoliconą mapą ekscentryczności. Stawiamy hipotezę, że ta wielkoskalowa organizacja wskazuje na możliwy rozwój obszarów obiektów wysokiego rzędu poprzez rozszerzenie i specjalizację pojedynczej protoreprezentacji.

Sygnał WRI zobrazowanego woksela odzwierciedla uśrednioną aktywność milionów neuronów, ta integracja przestrzenna może prowadzić do poważnych niejasności. Na przykład, gdy obrazowany woksel wykazuje określony profil funkcjonalny, np. szerokie dostrojenie do rozmiaru obrazu (niezmienność rozmiaru) to zachowanie może odzwierciedlać albo prawdziwą niezmienność neuronów, albo, alternatywnie, zsumowaną aktywność heterogenicznej populacji neuronów wrażliwych na rozmiar - obie te alternatywy mogą prowadzić do podobnego wzorca aktywacji fMRI. Drugim problemem jest znaczenie sygnałów o niskim WRI. Zazwyczaj zakłada się, że gdy obrazowany woksel jest słabo aktywowany przez bodziec, odzwierciedla to niewrażliwość neuronów na ten bodziec. Jednak alternatywną możliwością jest to, że w obrazowanym wokselu znajdują się populacje neuronów, które są w rzeczywistości bardzo wrażliwe na „nieoptymalny” bodziec – ale ze względu na ich stosunkowo małą liczbę, wnoszą one jedynie słaby sygnał do całego obrazowanego woksela. Próbując rozwiązać takie niejasności, zastosowaliśmy silne zjawisko, które nazwaliśmy adaptacją fMR, w którym aktywność neuronalna gwałtownie spada, jeśli ten sam bodziec jest powtarzany. Ten efekt powtarzania można wykorzystać do „oznakowania” określonych populacji neuronów w obrazowanym regionie i zbadania ich właściwości. Procedura obejmuje, po pierwsze, adaptację populacji neuronów, która jest wrażliwa na konkretny obraz poprzez wielokrotne prezentowanie tego obrazu. Następnie obraz jest manipulowany zgodnie z określonym parametrem i mierzy się stopień powrotu do zdrowia po adaptacji. Jeśli neurony są wrażliwe na badany parametr, sygnał powróci po adaptacji. Jeżeli natomiast neurony są indywidualnie niezmienne wobec tego parametru, to będą „ślepe” na jego zmianę i pozostaną w stanie przystosowanym.

Niedawno za pomocą fMRI wykazaliśmy, że region w obrębie ludzkiego kompleksu potylicznego bocznego (LOC) jest aktywowany przez obiekty, gdy są widziane lub dotykane. Nazywamy ten obszar korowy NISKIM dla bocznego potylicznego obszaru dotykowo-wzrokowego. Informujemy tutaj, że woksele LOtv zwykle znajdują się w podregionach LOC, które preferują obiekty wizualne do uchwycenia niż twarze lub domy. Dalej badamy naturę reprezentacji obiektu w LOtv, badając jego reakcję na bodźce w trzech modalnościach: słuchowej, somatosensorycznej i wzrokowej. Jeśli obiekty aktywują LOtv, niezależnie od użytej modalności, aktywacja prawdopodobnie odzwierciedla wysoce abstrakcyjną reprezentację. W przeciwieństwie do tego, aktywacja specyficzna dla wzroku i dotyku może odzwierciedlać wspólne i wykluczające cechy wspólne dla tych zmysłów. Pokazujemy tutaj, że chociaż aktywacja obiektu jest silna zarówno w modalności wzrokowej, jak i somatosensorycznej, sygnały słuchowe nie wywołują znaczących reakcji w tym regionie. Braku aktywacji słuchowej w LOW nie można wytłumaczyć różnicami w wykonywaniu zadań lub nieskuteczną stymulacją słuchową. W przeciwieństwie do wzroku i dotyku informacje słuchowe w niewielkim stopniu przyczyniają się do odzyskania precyzyjnego kształtu obiektów. Sugerujemy zatem, że LOtv zajmuje się odzyskiwaniem geometrycznego kształtu obiektów.

Ważną cechą percepcji wzrokowej jest fakt, że rozpoznawanie obiektów jest w dużej mierze odporne na zmiany warunków widzenia. Niezmienność tę uzyskuje się w sekwencji obszarów wzrokowych strumienia brzusznego rozpoczynających się w obszarze V1 i kończących się na obszarach obiektów potyliczno-skroniowych wyższego rzędu (kompleks potyliczny boczny, LOC). Tutaj zbadaliśmy, czy tę transformację można zaobserwować w odpowiedzi kontrastowej tych obszarów. Badanym przedstawiono rysunki przedstawiające zwykłe przedmioty i twarze w pięciu różnych poziomach kontrastu (0, 4, 6, 10 i 100%). Nasze wyniki pokazują, że rzeczywiście istniał stopniowy trend wzrostu niezmienności kontrastu, przechodzący z obszaru V1, który przejawiał wysoką wrażliwość na zmiany kontrastu, do LOC, który wykazywał istotnie wyższy stopień niezmienności przy kontrastach nadprogowych (od 10 do 100%). Trend w kierunku zwiększonej niezmienności można było zaobserwować zarówno w przypadku obrazów twarzy, jak i obiektów, jednak był on pełniejszy w przypadku obrazów twarzy, podczas gdy obrazy obiektów nadal wykazywały znaczną wrażliwość na zmiany kontrastu. Eksperymenty kontrolne wykluczyły udział efektów uwagi lub „pułapu” hemodynamicznego w wytwarzaniu niezmienności kontrastu. Przejście od V1 do LOC było stopniowe, a obszary wzdłuż strumienia brzusznego stawały się coraz bardziej niezmiennicze. Wyniki te dodatkowo podkreślają hierarchiczny i stopniowy charakter przejścia od wczesnych obszarów retinotopowych do obszarów wysokiego rzędu w tworzeniu abstrakcyjnych reprezentacji obiektów.

Wstęp: Dominującym założeniem w badaniach neuroobrazowania jest to, że stosunkowo niskie sygnały fMRI są spowodowane słabą aktywacją neuronów i dlatego są powszechnie ignorowane. Jednak niższe sygnały fMRI mogą również wynikać z intensywnej aktywacji przez wysoce selektywne, choć małe podzbiory neuronów w obrazowanym wokselu. Przedstawiamy podejście, które mogłoby stanowić podstawę do rozwiązania tej niejednoznaczności narzuconej przez niską (zakres mm) rozdzielczość przestrzenną fMRI. Nasze podejście wykorzystuje adaptację fMR jako wskaźnik wysoce aktywnych populacji neuronów, nawet gdy zmierzony sygnał fMRI jest niski. Wyniki: W tym badaniu po raz pierwszy wykazaliśmy, że adaptacja fMRI jest zmniejszona, gdy ogólna aktywność neuronalna jest znacznie obniżona przez zmniejszenie kontrastu obrazu. Następnie zastosowaliśmy ten sam paradygmat adaptacji, ale tym razem obniżyliśmy sygnał fMRI, zmieniając kształt obiektu. Podczas gdy ogólny sygnał fMRI w regionach związanych z kategorią, takich jak pF związane z twarzą, został drastycznie zmniejszony dla bodźców innych niż twarz, poziom adaptacji uzyskany dla tych bodźców pozostał wysoki. Przypuszczamy, że stosunkowo wyższy poziom adaptacji po ekspozycji na „nieoptymalne” kształty obiektów wskazuje na to, że małe podzbiory neuronów energicznie reagują na te „nieoptymalne” obiekty, nawet gdy ogólna aktywność fMRI jest niska. Wnioski: Nasze wyniki pokazują, że adaptację fMR można wykorzystać do rozróżnienia wzorców aktywacji neuronów, które wydają się podobne w ogólnym sygnale fMRI. Wyniki sugerują, że możliwe jest zastosowanie adaptacji fMR do ujawnienia funkcjonalnie niejednorodnych wysp aktywności, które są zbyt małe, aby można je było obrazować konwencjonalnymi metodami obrazowania.

Niedawno zaproponowaliśmy organizację centralno-peryferyjną opartą na potrzebach rozdzielczości, w której obiekty zaangażowane w procesy rozpoznawania wymagające widzenia centralnego (np. związane z twarzą) są kojarzone z reprezentacjami z odchyleniem centralnym, podczas gdy obiekty wymagające integracji cech na dużą skalę (np. , budynki) są związane z reprezentacjami zorientowanymi na peryferie. Tutaj przetestowaliśmy tę hipotezę, porównując organizację centrum-peryferie z aktywacjami z pięcioma kategoriami obiektów: twarzami, budynkami, narzędziami, ciągami liter i słowami. Odkryliśmy, że twarze, ciągi liter i słowa były mapowane preferencyjnie w reprezentacji ze stronniczym centrum. Twarze wykazywały półkulistą lateralizację, odwrotną do ciągów liter i słów. W przeciwieństwie do tego, budynki były mapowane głównie do reprezentacji peryferyjnej, podczas gdy narzędzia aktywowały zarówno reprezentacje centralne, jak i peryferyjne. Wyniki są zgodne z poglądem, że organizacja centrum-peryferia pozwala na optymalną alokację powiększenia korowego do specyficznych wymagań różnych procesów rozpoznawania.

Topografia korowa jest jedną z najbardziej podstawowych zasad organizujących obszary korowe. Jedna z takich topografii - mapowanie ekscentryczności - jest obecna nawet w obszarach wzrokowych strumienia brzusznego wyższego rzędu. W tych obszarach różne kategorie obiektów mają specyficzne błędy w ekscentryczności. W szczególności twarze, litery i słowa wydają się kojarzyć z centralnym nastawieniem pola widzenia, podczas gdy budynki kojarzone są z peryferyjnym. Proponujemy, że potrzeby rozdzielczości są ważnym czynnikiem w organizowaniu reprezentacji obiektów: obiekty, których rozpoznanie zależy od analizy drobnych szczegółów, będą kojarzone z reprezentacjami z centralnym obciążeniem, podczas gdy obiekty, których rozpoznanie pociąga za sobą integrację na dużą skalę, będą bardziej obciążone peryferyjnie.

Zdolność ludzkiego układu wzrokowego do rozpoznawania częściowo zasłoniętych obiektów jest uderzającym wyczynem, który otrzymał obszerną dokumentację psychofizyczną. Tutaj zbadaliśmy manifestację efektów dopełnienia w aktywacji funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) obszarów obiektów wyższego rzędu (kompleks potyliczny boczny - LOC). Badanym prezentowano trzy rodzaje obrazów: (i) całe rysunki zwierząt lub nieznanych kształtów („całość”) (ii) te same kształty, przesłonięte równoległymi paskami, które zajmowały mniej więcej połowę powierzchni obrazów („siatka”). ') i (iii) te same paski, „pomieszane”, tak że względne położenie obszarów między paskami zostało zmienione, podczas gdy lokalna struktura cechy pozostała nienaruszona. Pomiary behawioralne wykazały wysoki stopień ukończenia obiektu w stanie „sieci”, ale nie w stanie „zakodowanym”. Wyniki fMRI pokazują znacznie wyższą aktywację obrazów „siatki” w porównaniu z obrazami „zaszyfrowanymi”. Ta wzmocniona aktywacja wskazuje na działanie nielokalnych efektów uzupełniania, ponieważ lokalne cechy w obu zestawach obrazów były takie same. Regiony korowe wykazujące najwyższe efekty „dopełnienia” znajdowały się wspólnie z regionami w LOC, które wykazywały najwyższą aktywację „całych” obrazów w porównaniu z „zaszyfrowanymi” obrazami. Aktywacja we wczesnych obszarach retinotopowych była podobna zarówno w warunkach „siatki”, jak i „zaszyfrowanej”. Nasze wyniki wskazują na LOC jako centralne miejsce, w którym manifestują się efekty ukończenia obiektów.

Wcześniej wykazano, że obszary związane z obiektami w strumieniu brzusznym człowieka są aktywowane w sposób selektywny pod względem kształtu przez wskazówki dotyczące luminancji, ruchu i tekstury. Informujemy o preferencyjnej aktywacji tych obszarów przez stereosygnały definiujące kształt.Aby ocenić związek tej aktywacji z rozpoznawaniem obiektów, zastosowaliśmy percepcyjny efekt stereo, który głęboko wpływa na rozpoznawanie obiektów. Bodźce składały się ze stereodefiniowanych rysunków liniowych obiektów, które albo wystawały przed płaskim tłem („przód”), albo były zatopione w tle („tył”). Pomimo podobieństwa w lokalnej strukturze cech obu warunków, rozpoznawanie obiektów było lepsze w konfiguracji „przód” w porównaniu z konfiguracją „tył”. Zmierzyliśmy zarówno wskaźniki rozpoznawania, jak i sygnał fMRI z ludzkiej kory wzrokowej, podczas gdy badani oglądali te bodźce. Wyniki ujawniają aktywację selektywną względem kształtu z obrazów obiektów zdefiniowanych wyłącznie przez sygnały stereoskopowe w strumieniu brzusznym człowieka. Ponadto wykazują istotną korelację między rozpoznawaniem a sygnałem fMRI w korze potyliczno-skroniowej związanej z obiektem (zespół potyliczny boczny). (C) 2001 Wiley-Liss, Inc.

Naładowane emocjonalnie bodźce wzrokowe wykazały zwiększoną aktywację w obszarach limbicznych wzroku i kory. Jednak różnice w cechach wizualnych takich obrazów mogą zdezorientować te ustalenia. Aby manipulować wartościowością bodźców przy zachowaniu w dużej mierze niezmienionych cech wizualnych, wykorzystaliśmy efekt „ekspresyjnej transfiguracji” (ET) twarzy. Dodatkowo zastosowaliśmy efekty powtórzeń, co umożliwiło nam dokładniejsze przetestowanie wpływu efektu ET. Korzystając z manipulacji ET, wykazaliśmy, że na aktywację w bocznym kompleksie potylicznym (LOC) nie miały wpływu atrybuty walencyjne, ale wytworzyliśmy znaczącą modulację adaptacji fMR. W przeciwieństwie do LOC, aktywacja ciała migdałowatego została zwiększona przez manipulacje ET niezwiązane z adaptacją. Korelacja między ciałem migdałowatym a adaptacją LOC wskazuje na możliwą modulacyjną rolę ciała migdałowatego na krótkoterminową plastyczność kory wzrokowej.

Niedawne badania neuroobrazowe opisały zróżnicowany wzorzec aktywacji związany z określonymi obrazami obiektów (np. aktywacja związana z twarzą i budowaniem) w korze potyliczno-skroniowej człowieka. Na razie jednak nie jest jasne, w jakim stopniu ta selektywność wskazuje na różnice w statystykach lokalnych cech obiektów występujących w różnych kategoriach obiektów, a na ile odzwierciedla holistyczne procesy grupowania zachodzące w całym obrazie obiektu. Aby rozwiązać to pytanie, konieczne jest użycie obrazów, na których identyczne zestawy lokalnych cech wywołują postrzeganie różnych kategorii obiektów. Klasyczna iluzja wazy z twarzą Rubina stanowi doskonały zestaw eksperymentalny do przetestowania tego pytania. W iluzji te same lokalne kontury prowadzą do percepcji różnych przedmiotów (wazonu lub twarzy). Tutaj zastosowaliśmy zmodyfikowaną iluzję twarzy Rubina w wazonie, aby zbadać, w jakim stopniu aktywacja w obszarach związanych z twarzą jest związana z obecnością lokalnych rysów twarzy, czy też jest wynikiem bardziej holistycznego procesu grupowania, który obejmuje całą figurę twarzy. Do kontrolowania percepcyjnego stanu obserwatora wykorzystano wskazówki odchylające (siatki i kolor). Odkryliśmy zwiększoną aktywację w regionach związanych z twarzą podczas stanu percepcyjnego „profil twarzy” w porównaniu ze stanem percepcyjnym „waza”. Obrazy kontrolne wykluczyły udział sygnałów odchylających w efekcie. Zatem aktywacja selektywna obiektowo w regionach związanych z ludzką twarzą pociąga za sobą globalne procesy grupowania, które wykraczają poza lokalne przetwarzanie cech bodźców.

Zasady organizacji, które rządzą układem obszarów związanych z obiektami ludzkimi, są w dużej mierze nieznane. Proponujemy tutaj nową zasadę organizacji, w której reprezentacje obiektów są uporządkowane zgodnie z centralnym i peryferyjnym nastawieniem pola widzenia. Propozycja opiera się na odkryciu, że regiony związane z budynkami nakładają się na reprezentacje pola widzenia z odchyleniem peryferyjnym, podczas gdy regiony związane z twarzą są powiązane z reprezentacjami z odchyleniem centralnym. Co więcej, mapy ekscentryczności obejmują zasadniczo cały zakres kory potyliczno-skroniowej związanej z obiektem, co wskazuje, że większość reprezentacji obiektów jest zorganizowana w odniesieniu do ekscentryczności siatkówki. Eksperyment kontrolny wykluczył możliwość, że wyniki wynikają wyłącznie z nierównego rozkładu cech na tych obrazach. Przypuszczamy, że regiony mózgu reprezentujące kategorie obiektów, które opierają się na szczegółowej analizie centralnej (takie jak twarze), są silniej powiązane z przetwarzaniem informacji centralnej w porównaniu z reprezentacjami obiektów, które mogą być rozpoznawane przez bardziej peryferyjne informacje (takie jak budynki lub sceny).

Jak reprezentowane są obiekty w korze wzrokowej człowieka? Dwie sprzeczne teorie sugerują albo holistyczną reprezentację, w której obiekty są reprezentowane przez zbiór szablonów obiektów, albo reprezentację opartą na części, w której obiekty są reprezentowane jako kolekcje cech lub części obiektów. Badaliśmy to pytanie przy użyciu paradygmatu stopniowego rozszyfrowywania obiektów, w którym obrazy obiektów (twarzy i samochodów) były dzielone stopniowo na coraz większą liczbę bloków. Nasze wyniki ujawniają hierarchiczną oś zorientowaną przednio-tylną w organizacji brzusznych obszarów obiektu. Wzdłuż tej osi reprezentacje układają się w pasma o rosnącej wrażliwości na szyfrowanie obrazu. Oś rozpoczyna się we wczesnych obszarach wzrokowych przez obszary retinotopowe V4/V8 i biegnie dalej do bruzdy boczno-potylicznej grzbietowo i zakrętu wrzecionowatego tylnego brzusznie, odpowiadając razem wcześniej opisanemu kompleksowi bocznemu potylicznemu związanego z obiektem (LOC). Regiony wykazujące najwyższą wrażliwość na szyfrowanie zwykle znajdowały się w najbardziej przednio-bocznych regionach kompleksu. W tych bardziej przednich regionach rozbicie obrazów na 16 części spowodowało znaczne zmniejszenie aktywacji. Co ciekawe, na aktywację nie miało wpływu przecięcie obrazów na dwie połowy, poziomo lub pionowo. Obrazy samochodów generalnie wywoływały słabszą aktywację w porównaniu z twarzami w bocznym kompleksie potylicznym, ale wykazywały tę samą tendencję do zwiększonej wrażliwości na mieszanie wzdłuż osi przednio-tylnej. Wyniki te sugerują istnienie hierarchicznej osi wzdłuż brzusznych obszarów potyliczno-skroniowych obiektów, w których właściwości neuronalne przesuwają się z wrażliwości na lokalne cechy obiektu do bardziej globalnej i holistycznej reprezentacji.

Niezmiennych właściwości ludzkich neuronów korowych nie można bezpośrednio badać za pomocą fMRI ze względu na ich ograniczoną rozdzielczość przestrzenną. Jeden woksel uzyskany ze skanu fMRI zawiera kilkaset tysięcy neuronów. Dlatego sygnał fMRI może uśredniać heterogeniczną grupę wysoce selektywnych neuronów. W tym miejscu przedstawiamy nowy eksperymentalny paradygmat fMRI, funkcjonalnej adaptacji rezonansu magnetycznego (fMR-A), który umożliwia znakowanie określonych populacji neuronów na danym obszarze i badanie ich właściwości funkcjonalnych. To podejście kontrastuje z konwencjonalnymi metodami mapowania, które mierzą uśrednioną aktywność regionu. Zastosowanie fMR-A do badania właściwości funkcjonalnych neuronów korowych przebiega w dwóch etapach: Po pierwsze, populacja neuronów jest adaptowana przez wielokrotne prezentowanie pojedynczego bodźca. Po drugie, niektóre właściwości bodźca są zróżnicowane i ocenia się powrót do zdrowia po adaptacji. Jeśli sygnał pozostanie dostosowany, będzie to oznaczać, że neurony są niezmienne względem tego atrybutu. Jednakże, jeśli sygnał fMRI powróci ze stanu zaadaptowanego, oznaczałoby to, że neurony są wrażliwe na zróżnicowaną właściwość. W tym artykule przedstawiono zastosowanie fMR-A do badania niezmiennych właściwości obszarów obiektów wyższego rzędu (zespołu potylicznego bocznego - LOG) do zmian wielkości obiektu, jego położenia, oświetlenia i rotacji. Wyniki pokazują, że LOC jest mniej wrażliwy na zmiany wielkości i położenia obiektu w porównaniu ze zmianami oświetlenia i punktu widzenia. fMR-A można rozszerzyć na inne układy neuronalne, w których manifestuje się adaptacja i można go również stosować w paradygmatach związanych ze zdarzeniami. Poprzez manipulowanie parametrami eksperymentalnymi i testowanie powrotu do zdrowia po adaptacji powinno być możliwe uzyskanie wglądu we właściwości funkcjonalne neuronów korowych, które wykraczają poza granice rozdzielczości przestrzennej narzucone przez konwencjonalny fMRI. (C) 2001 Opublikowane przez Elsevier Science B.V.

Droga brzuszna jest zaangażowana w rozpoznawanie obiektów wzrokowych naczelnych. U ludzi centralnym etapem tego szlaku jest obszar potyliczno-skroniowy zwany bocznym kompleksem potylicznym (LOC), który jest preferencyjnie aktywowany przez obiekty wzrokowe w porównaniu z zaszyfrowanymi obrazami lub teksturami. Jednak przedmioty mają charakterystyczne atrybuty (takie jak trójwymiarowy kształt), które można postrzegać zarówno wizualnie, jak i dotykowo. Dlatego obszary mózgu związane z obiektami mogą zawierać reprezentację obiektów w obu modalnościach. Używając fMRI do mapowania obszarów mózgu związanych z obiektami, odkryliśmy silną i spójną aktywację somatosensoryczną w korze potyliczno-skroniowej. Region ten wykazywał wyraźną preferencję dla obiektów w porównaniu z teksturami w obu modalnościach. Większość somatosensorycznych wokseli selektywnych względem obiektu nakładała się na część obszaru LOG ​​związanego z obiektem wizualnym. Sugerujemy zatem, że populacje neuronów w korze potyliczno-skroniowej mogą stanowić multimodalną sieć obiektową.

Aby zbadać związek między świadomością percepcyjną a aktywnością mózgu, zmierzyliśmy zarówno wydajność rozpoznawania, jak i sygnał fMRI z obszarów związanych z obiektem w korze ludzkiej, podczas gdy obrazy były krótko prezentowane przy użyciu protokołu maskowania. Nasze wyniki sugerują, że wydajność rozpoznawania jest skorelowana z selektywną aktywacją w obszarach obiektów. Selektywna aktywacja była skorelowana z nazywaniem obiektów, gdy czas trwania ekspozycji zmieniał się od 20 do 500 milisekund. Rozpoznawanie badanych podczas identycznej stymulacji wzrokowej można wzmocnić treningiem, co również zwiększyło sygnał fMRI. Ogólnie rzecz biorąc, korelacja między wydajnością rozpoznawania a sygnałem fMRI była najwyższa w obszarach obiektów potyliczno-skroniowych (kompleks potyliczny boczny).

Niezmiennych właściwości ludzkich neuronów korowych nie można bezpośrednio badać za pomocą fMRI ze względu na ich ograniczoną rozdzielczość przestrzenną. Tutaj ominęliśmy to ograniczenie, stosując adaptację fMR, a mianowicie redukcję sygnału fMR z powodu powtarzanej prezentacji identycznych obrazów. Regiony selektywne względem obiektu (boczny kompleks potyliczny [LOC]) wykazywały monotoniczny spadek sygnału wraz ze wzrostem częstotliwości powtórzeń. Niezmienne właściwości adaptacji fMR badano, prezentując ten sam obiekt w różnych warunkach oglądania. LOC wykazywał silniejszą adaptację fMR do zmian wielkości i położenia (większa niezmienność) w porównaniu z oświetleniem i punktem widzenia. Efekt ujawnił dwa przypuszczalne podpodziały w obrębie LOG: ogonowo-grzbietowy (LO), który wykazywał znaczną poprawę adaptacji we wszystkich transformacjach, oraz wrzecionowaty tylny (PF/LOa), który wykazywał silniejszą adaptację. Badanie to pokazuje użyteczność adaptacji fMR do ujawniania funkcjonalnych cech neuronów w badaniach fMRI.

Doniesienia o kolumnowej organizacji kory dolnoskroniowej makaków (Tanaka, 1992, 1993a) wskazują, że zespoły komórek reagujących na poszczególne obiekty mogą być zarówno wystarczająco rozległe, jak i odpowiednio zlokalizowane, aby umożliwić ich wykrycie i rozróżnienie za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Niedawno opracowana teoria reprezentacji obiektów przez zespoły zgrubnie dostrojonych jednostek (Edelman, 1998 Edelman & Duvdevani-Bar, 1997b) i jej implementacja jako komputerowy model rozpoznawania i kategoryzacji (Cutzu & Edelman, 1998 Edelman & Duvdevani-Bar, 1997a) zapewniają ramy obliczeniowe, w których takie ustalenia mogą być interpretowane w prosty sposób. Podsumowując, te osiągnięcia w badaniach nad reprezentacją obiektów i rozpoznawaniem sugerują, że bezpośrednia wizualizacja wewnętrznych reprezentacji może być łatwiejsza niż wcześniej sądzono. W tym artykule pokazujemy, jak techniki fMRI mogą być wykorzystane do badania wewnętrznej reprezentacji obiektów w korze wzrokowej człowieka. Nasze wstępne wyniki pokazują, że na aktywację większości wokseli w obszarach związanych z obiektem nie ma wpływu zgrubne mieszanie naturalnych obrazów wykorzystywanych jako bodźce oraz że mapę przestrzeni reprezentacji kategorii abiektów u poszczególnych podmiotów można wyprowadzić z rozproszonego wzorca aktywacja wokseli w tych obszarach.

Zakres, w jakim podstawowe sygnały wzrokowe, takie jak ruch lub luminancja, są segregowane w różnych obszarach korowych, jest przedmiotem kontrowersji. Aby rozwiązać ten problem, zbadaliśmy aktywację korową w ludzkim płacie potylicznym za pomocą funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym (fMRI), podczas gdy badani wykonywali stałe zadanie wzrokowe, rozpoznawanie obiektów, przy użyciu trzech różnych podstawowych wskazówek wizualnych: ruchu, tekstury lub kontrastu luminancji. w pierwszym eksperymencie obszar zlokalizowany na bocznej stronie płata potylicznego (kompleks LO) był preferencyjnie aktywowany u wszystkich 11 badanych zarówno przez luminancję, jak i sylwetki obiektów definiowane przez ruch w porównaniu z szumem poruszającym się w pełnym polu i szumem stacjonarnym (stosunki 2,00 + /- odpowiednio 0,19 i 1,86 +/- 0,65). W drugim eksperymencie wszyscy badani wykazywali zwiększoną aktywację w kompleksie LO do obiektów zdefiniowanych zarówno przez kontrast luminancji, jak i tekstury w porównaniu do wzorów tekstury pełnego pola (stosunki odpowiednio 1,43 +/- 0,08 i 1,32 +/- 0,08). Dodatkowe mniejsze ognisko grzbietowe, które wykazywało zbieżność sygnałów związanych z obiektem, wydawało się odpowiadać obszarowi V3a lub obszarowi nieco przed nim. Wyniki te pokazują zbieżność wizualnych wskazówek w LO i dostarczają mocnych dowodów na jego rolę w przetwarzaniu obiektów.

Funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego zostało wykorzystane w połączonych testach selektywności funkcjonalnej i mapowania retinotopowego. związane z obiektami obszary wzrokowe w ludzkim płacie potylicznym. Badani byli testowani za pomocą bodźców pól widzenia w prawo, w lewo, w górę lub w dół, które składały się z obrazów naturalnych obiektów (twarzy, zwierząt, obiektów stworzonych przez człowieka) lub wysoce zakodowanych (1024 elementy) wersji tych samych obrazów. W podobny sposób odwzorowano południki poziome i pionowe, aby określić granice tych obszarów. Jednocześnie te same miejsca korowe testowano pod kątem wrażliwości na zaszyfrowanie obrazu, zmieniając liczbę zaszyfrowanych fragmentów obrazu (od 16 do 1024), kontrolując jednocześnie widmo mocy Fouriera obrazów i ich kolejność prezentacji. Nasze wyniki wskazują na stopniowy spadek retinotopii i wzrost wrażliwości na zaszyfrowanie obrazu. Trzy główne odrębne ogniska zostały znalezione w ścieżce rozpoznawania ludzkich obiektów wzrokowych (Ungerleider i Haxby [1994]: Curr Opin Neurobiol 4:157-165): 1) Pierwotne obszary retinotopowe V1-3 nie wykazywały znaczącego zmniejszenia aktywacji do zaszyfrowanych obrazów. 2) Obszary V4v (Sereno i wsp., [1995]: Science 268:889-893) i V3A (DeYoe i wsp., [1996]: Proc Natl Acad Sci USA 93:2382-2386 Tootell i wsp., [1997] ]: J Neurosci 71:7060-7078) wykazywały zarówno retinotopię, jak i zmniejszoną aktywację wysoce zakodowanych obrazów. 3) Zasadniczo nieretinotopowy kompleks potyliczny boczny (LO) (Malach i in., [1995]: Proc Natl Acad Sci USA 92:8135-8139 Tootell i in., [1996]: Trends Neurosci 19:481-489) wykazywał najwyższa wrażliwość na szyfrowanie obrazu i wydaje się być homologiczna do kory dolno-skroniowej makaków (IT) (Tanaka [1996]: Curr Opin Neurobiol 523-529). Podział obrazów na 64, 256 lub 1024 losowo zaszyfrowanych bloków zmniejszał aktywację wokseli LO. Jednak wiele wokseli LO pozostało znacząco aktywowanych przez łagodnie zaszyfrowane obrazy (16 bloków). Wyniki te sugerują istnienie repr . obiekt-fragment

Obszar MT (środek skroniowy) jest dobrze zdefiniowaną reprezentacją wzrokową wspólną dla wszystkich naczelnych, która zaburza wyraźną selektywność w analizie ruchu wzrokowego. W niniejszym badaniu zbadaliśmy architekturę wewnętrznych połączeń w obszarze MT, próbując ujawnić zasady jej organizacji, a jej potencjalny związek z domenami funkcjonalnymi w obszarze MT. siedem dorosłych małp sowach (Aotus nancimae). Iniekcje były ukierunkowane na dobrze zdefiniowane domeny orientacji ujawnione za pomocą obrazowania optycznego sygnałów wewnętrznych. Rozmieszczenie aksonów znakowanych tymi wstrzyknięciami było związane zarówno z histochemią oksydazy cytochromowej, jak i układem domen funkcjonalnych w obszarze MT i otaczającej tkance. Iniekcje znacznika w powierzchownych warstwach obszaru MT wytworzyły złożoną sieć zewnętrznych i wewnętrznych połączeń aksonalnych. Zaobserwowano wyraźne przypadki zewnętrznych połączeń między obszarem MY właściwym a półksiężycem MT położonym tylno-przyśrodkowo do niego. Wewnętrzne połączenia były rozłożone bocznie i zorganizowane w skupiska przypominające łatę ze średnią odległością od środka wtrysku do najdalszego łaty wynoszącą 1,8 +/- 0,55 mm (+/- SD, n = 9). Ogólny rozkład aksonów miał tendencję do anizotropowości, tj. łaty były rozmieszczone w obrębie wydłużonej elipsy [średni stosunek anizotropii: 1,86 +/- 0,66 (+/- SC))] i były asymetrycznie rozmieszczone po obu stronach miejsca wstrzyknięcia [średnia asymetria stosunek: 2,3 +/- 0,7 (+/- SD)]. Wreszcie, istniała tendencja do łączenia się wewnętrznych połączeń z domenami funkcjonalnymi o podobnej preferencji orientacji w obszarze MT. Jednak tendencja ta różniła się znacznie w poszczególnych przypadkach. Wysoce specyficzny charakter połączeń bocznych MT nakłada wyraźne ograniczenia na modele wpływów otoczenia w polach recepcyjnych neuronów MT.

Ostatnie postępy w obrazowaniu i histologii znacznie wyjaśniły nasze zrozumienie natury i organizacji ludzkiej kory wzrokowej. Obecnie można rozróżnić ponad dziesięć obszarów kory wzrokowej człowieka, w porównaniu z około 30 obszarami opisanymi u makaków. Większość opisanych do tej pory obszarów i kolumn ludzkich wydaje się dość podobna do tych u makaków, ale istnieją również wyraźne różnice gatunkowe. Badania obrazowe sugerują dwa ogólne strumienie przetwarzania informacji (ciemieniowy i skroniowy) w korze wzrokowej człowieka, jak proponuje się u makaków. Kilka obszarów ludzkich ma selektywność zarówno względem ruchu, jak i kierunku, a postęp kroków przetwarzania ruchu można wywnioskować z danych obrazowania. Ludzkie obszary wzrokowe do rozpoznawania formy są gorzej zdefiniowane, ale dowody ponownie sugerują progresję etapów i obszarów przetwarzania informacji, zaczynając od tyłu do środkowego obszaru skroniowego człowieka (lub V5) i rozciągając się do dołu niż do przodu. Jest to zgodne z odkryciami makaków i ludzkimi raportami klinicznymi.

Maksymalizacja różnorodności właściwości odpowiedzi neuronalnych została ostatnio zasugerowana jako zasada organizująca powstawanie tak znaczących cech funkcjonalnej architektury mózgu, jak kolumny korowe i związane z nimi niejednolite wzorce projekcji [1]. Przedstawia obliczeniowe studium dwóch aspektów tej hipotezy. Po pierwsze, pokazujemy, że maksymalne zróżnicowanie osiąga się, gdy stosunek rozmiarów altan dendrytycznych i aksonalnych jest równy jeden, jak to stwierdzono w wielu obszarach korowych i u różnych gatunków [1,2]. Po drugie, pokazujemy, że maksymalizacja różnorodności prowadzi do lepszej wydajności w dwóch studiach przypadku: w systemach pól odbiorczych realizujących zorientowane sterowalne/przesuwalne filtry oraz w dopasowaniu sygnałów rozproszonych przestrzennie, problem, który pojawia się w zadaniach wizualnych, takich jak stereopsja, przetwarzanie ruchu, i uznanie.

Zarodkową tkankę podwzgórza pochodzącą od szczurów z samoistnym nadciśnieniem (SHR) wszczepiono młodym szczurom Wistar Kyoto z prawidłowym ciśnieniem w celu zlokalizowania obszarów podwzgórza bezpośrednio odpowiedzialnych za indukcję nadciśnienia.25% wzrost skurczowego ciśnienia krwi gospodarza w porównaniu z kontrolą odnotowano 3 miesiące po wszczepieniu u zwierząt otrzymujących rostralną tkankę podwzgórza (R-SHR), podczas gdy ciśnienie krwi nie zostało zmienione u zwierząt, którym przeszczepiono ogonową tkankę podwzgórza (C- SHR). Nadciśnieniu w grupie R-SHR towarzyszył przerost serca i nerek. Liczba komórek parwokomórkowych wazopresyny (VPI) w jądrze przykomorowym podwzgórza (PVN) w grupie R-SHR została znacznie zmniejszona (o 72%), podczas gdy liczba komórek immunopozytywnych wobec hydroksylazy tyrozynowej nie wykazała żadnych zmian. W jądrze nadskrzyżowaniowym tych zwierząt liczba komórek VPi pozostała niezmieniona. W C-SHR ilość małokomórkowych komórek VPi również nie uległa zmianie. Podobnie komórki zawierające oksytocynę były takie same we wszystkich grupach, znakowanie nacięć DNA tkanki ujawniło, że komórki PVN przechodzą programowaną śmierć komórkową. Wyniki te implikują selektywną degenerację przez podwzgórzowe komórki PVN w patogenezie nadciśnienia.

Kolumny są podstawową cechą organizacji kory mózgowej, jednak funkcja pełniona przez tę architekturę pozostaje nieuchwytna. Tutaj sugeruje się, że kolumnowa organizacja kory służy maksymalizacji różnorodności połączeń neuronalnych w nadziarnistych warstwach korowych.

Obszar V2, główny cel projekcji pierwotnej kory wzrokowej, charakteryzuje się uderzającą kompartmentalizacją funkcjonalną i łączną. Wiele aspektów tej organizacji jest skorelowanych z trzema zestawami pasków (grubych, cienkich i jasnych) ujawnianych przez barwienie oksydazą cytochromową (CO). Kilka pytań dotyczyło właściwości fizjologicznych tych przedziałów, ich wewnętrznych połączeń i punktów podobieństwa z obszarem Moduły V1 są nadal nierozwiązane. Odpowiedzieliśmy na niektóre z tych pytań, łącząc techniki obrazowania optycznego wewnętrznych sygnałów, śledzenia dróg i histochemii CO w tych samych obszarach obszarów V1 i V2 małpy wiewiórki. Poczyniono następujące obserwacje. Domeny orientacji: w obszarze V1 są one zorganizowane w wąskie pasma, natomiast w obszarze V2 tworzą plamy. W obszarze V2 szerokość domeny i odległość między domenami są w przybliżeniu dwukrotnie większe niż w obszarze Vt, orientacji i organizacji pasków Ca: strojenie orientacji zostało zorganizowane tak, aby wysoce selektywne regiony były wyśrodkowane na grubych paskach CO, podczas gdy regiony o szerokiej orientacji selektywności były wyśrodkowane na cienkich Paski CO. Jednak domeny orientacji wydawały się ignorować granice między grubymi i bladymi paskami. Połączenia wewnętrzne: wstrzykiwanie wrażliwego znacznika biocytyny do obszaru V2 oznaczonego gęstą siecią poziomo wystających włókien, które były zorganizowane w słupki. Plastry były małe (średnia szerokość, średnia długość 211 µm, 342 µm), a wzór znakowania rozciągał się na 4-5 mm. Plastry aksonów i pasy CO: Znalezione łaty aksonów znajdowały się we wszystkich trzech przedziałach pasków. Jednak wstrzyknięcia, które obejmowały granice przedziałów z grubymi/bladymi paskami, powodowały wypustki aksonów, które miały tendencję do skupiania się wokół obszarów granicznych. Obszary aksonalne i domeny orientacji: iniekcje V2 wytworzyły znakowanie w V1, które wydawało się być zorganizowane w wąskie pasma, przypominające rozmieszczenie domen orientacji w V1. W obszarze V2 łaty aksonów miały na celu szeroki

Słowa kluczowe: anatomia i morfologia biologia rozwojowa neuronauki

W pierwotnej korze wzrokowej naczelnych neurony o podobnych właściwościach odpowiedzi są zgrupowane razem, tworząc domeny funkcjonalne, które wyglądają jak mozaika łat lub pasm, często przechodząc przez całą głębokość korową od nasadki do istoty białej. Podobnie, każde miejsce korowe łączy się bocznie przez rozległą sieć wewnętrznych wypustek, które są zorganizowane w wiele skupisk (łat) i osiągają odległości do kilku milimetrów. Związek między domenami funkcjonalnymi a tymi bocznie połączonymi łatami pozostaje kontrowersyjnym problemem pomimo intensywnych wysiłków badawczych. Aby zbadać tę zależność, uzyskaliśmy mapy funkcjonalne architektury korowej o wysokiej rozdzielczości za pomocą obrazowania optycznego in vivo. Następnie zewnątrzkomórkowe wstrzyknięcia czułej biocytyny postępującej wstecznie były ukierunkowane na wybrane domeny funkcjonalne. W systemie dominacji oka odkryliśmy, że wewnętrzne połączenia dalekiego zasięgu mają tendencję do łączenia obszarów jednoocznych kolumn dominacji tego samego oka. Ponadto odkryliśmy, że domeny lornetki tworzyły oddzielny zestaw połączeń w obszarach lornetki obszaru V1 były selektywnie połączone między sobą, ale nie były połączone z regionami ściśle jednoocznymi, co sugeruje, że tworzą odrębny układ kolumnowy. W innym podsystemie obsługującym preferencje orientacji łatki wewnętrznych połączeń miały tendencję do łączenia domen o podobnych preferencjach orientacji. Analizy precyzji tych połączeń wykazały, że w obu podsystemach funkcjonalnych

Potencjał obwodowej modyfikacji wewnętrznych połączeń poziomych badano w pierwotnej korze wzrokowej (obszar 17) dorosłych, zakapturzonych szczurów, które w dniu urodzenia przeszły wyłuszczenie jednooczne (ME) lub obuoczne (BE). Wewnętrzne połączenia znakowano przez wstrzyknięcia zlokalizowanego znacznika w różnych miejscach w obszarze 17. Wzór międzypółkulowych połączeń modzelowatych ujawniono u tych samych zwierząt przez rozległe wstrzyknięcia rozróżnialnego znacznika w przeciwległej półkuli. Wyniki pokazują wyraźne i spójne zmiany w połączeniach wewnętrznych w obszarze 17 w wyniku wyłuszczenia noworodków. W szczególności, w przeciwieństwie do normalnie hodowanych szczurów, u których wewnętrzne połączenia mają krótki zasięg i są rozmieszczone dość równomiernie wokół miejsca wstrzyknięcia, w przypadkach ME wewnętrzne połączenia rozciągają się na ponad połowę szerokości obszaru 17, zwykle celując w drugie pole w obszarze 17. W BE W niektórych przypadkach miejsca wstrzyknięcia powodują pojawienie się wydłużonych języków i łatek etykiety, które wystają w różnych kierunkach z miejsca wstrzyknięcia. Obserwowane modyfikacje połączeń wewnętrznych są wyraźnie związane z nieprawidłowościami indukowanymi przez wyłuszczenie we wzorze połączeń modzelowatych, tak że połączenia wewnętrzne mają tendencję do tworzenia się albo między miejscami połączonymi modzelowo lub między miejscami a-modzelowatego, ale unika się ich mieszania. Wyniki wskazują na wysoki poziom plastyczności w rozwijających się połączeniach wewnętrznych. Hebbowska zasada łączności jest proponowana jako podstawowy proces kierujący tworzeniem poziomych wewnętrznych połączeń w obszarze 17.

Właściwości odpowiedzi neuronalnej różnią się znacznie na wyższych poziomach hierarchii korowej. Obecnie nie jest jasne, w jaki sposób te zmiany znajdują odzwierciedlenie w organizacji wewnętrznych obwodów korowych. Tutaj analizujemy wzorce wewnętrznych połączeń poziomych na różnych poziomach hierarchicznych w korze wzrokowej makaków. Połączenia badano w stycznych przekrojach spłaszczonych kory, do których wstrzyknięto biocytynę znacznika postępującego. Porównaliśmy bezpośrednio organizację połączeń w czterech obszarach korowych reprezentujących cztery różne poziomy w hierarchii korowej. Obszarami były pola widzenia 1, 2, 4 i pole Brodmana 7a (odpowiednio V1, V2, V4 i 7a). We wszystkich badanych obszarach iniekcje znakowały liczne poziomo biegnące aksony, które tworzyły gęste halo wokół miejsc iniekcji. Dalej włókna miały tendencję do tworzenia oddzielnych skupisk. Wiele włókien można prześledzić na drodze od miejsc wstrzyknięcia do docelowych skupisk. W obszarach stopniowo wyższego rzędu nastąpił uderzający wzrost rozrzutu połączeń wewnętrznych: od zmierzonej odległości 2,1 mm w obszarze V1 do 9,0 mm w obszarze 7a. Średnia odległość między łatami również wzrosła z 0,61 mm w obszarze V1 do 1,56 mm w obszarze 7a. W przeciwieństwie do tego, wielkość łaty zmieniała się znacznie mniej w obszarach wyższego rzędu, od średniej szerokości 230 um w obszarze V1 do 310 um w obszarze 7a. Analiza rozkładu synaptycznych butów wzdłuż aksonów wykazała, że ​​średnia odległość między butami pozostała na stałym poziomie 6,4 mm (mediana) wewnątrz i na zewnątrz klastrów oraz w różnych obszarach korowych. Większe iniekcje skutkowały wyraźnym wzrostem liczby oznakowanych łat, ale tylko nieznacznym wzrostem rozrzutu połączeń lub rozmiaru łatki. Tak więc, zgodnie z bardziej globalnymi rolami obliczeniowymi proponowanymi dla obszarów wizualnych wyższego rzędu, rozprzestrzenianie się wewnętrznych połączeń zwiększa się wraz z poziomem hierarchii. Z drugiej strony klastrowa organizacja połączeń jest zachowana na wysokim poziomie

W poszukiwaniu mechanizmów korowych podtrzymujących zjawiska psychologiczne kluczowe znaczenie ma lepsze zrozumienie ludzkich obwodów korowych. W tym raporcie opisujemy aspekty wewnętrznej łączności warstw supragranularnych w ludzkiej korze wzrokowej, ujawnione przez zewnątrzkomórkowe wstrzyknięcia biocytyny znacznika postępującego in vitro. Ludzkie skrawki korowe pobrano z kory skojarzeń wzrokowych w tylno-przyśrodkowej części grzbietowej części płata potylicznego, usunięte podczas neurochirurgicznej ablacji guza. Małe iniekcje jontoforetyczne biocytyny do warstw II-III ujawniły intensywne wybarwienie, podobne do Golgiego, aksonów wychodzących z miejsc iniekcji. Aksony opadające pionowo są zgrupowane w wiązki o średnicy 20 mm, oddalone od siebie o 15 mm. Niektóre z tych aksonów wchodzą do istoty białej i wysyłają długie ukośne i poziome zabezpieczenia. Główny poziomy rozrzut aksonów można było zaobserwować w warstwach II-III i V. Większość występów rozciąga się na odległość 1,5 mm w warstwach II-III i 1,1 mm w warstwie V. Niewiele pojedynczych aksonów można było zaobserwować w większych odległościach . Natomiast warstwa IV jest prawie pozbawiona połączeń poziomych, tworząc wyraźną przerwę między warstwami supra- i infragranularnymi. Zabezpieczenia aksonów w warstwach infragranular wystają głównie w kierunku opadającym ukośnie z długimi zabezpieczeniami poziomymi w dolnej warstwie VI.

Komórki w warstwach II-III lub VI aktywowano przez mikrokroplę acetylocholiny (ACh), monitorując odpowiedź wewnątrzkomórkową komórek piramidalnych warstwy V. Umożliwiło to prześledzenie funkcjonalnych połączeń między komórkami warstw II-III lub VI z komórkami warstwy V. Aktywacja ACh komórek warstw II-III lub VI skutkowała niewielką depolaryzacją tych komórek, której towarzyszył wybuch pobudzających potencjałów postsynaptycznych (EPSP) z komórek piramidalnych warstwy V. Te efekty ACh zostały zablokowane przez tetrodotoksynę (TTX), co sugeruje udział potencjałów czynnościowych w ich produkcji. Opór wejściowy komórek piramidalnych warstwy V podczas i po pęknięciu EPSP nie różnił się znacząco od wartości kontrolnych, co dodatkowo sugeruje pośredni wpływ ACh na komórki piramidalne warstwy V. Izolacja warstwy supragranularnej przez cięcie poziome nie zapobiegła rozerwaniu EPSP wywołanemu przez nałożenie ACh na niższą warstwę VI, co sugeruje bezpośredni wkład z warstwy VI do komórek piramidalnych warstwy V. ACh zastosowany w pobliżu komórek piramidalnych w warstwach II-III, V lub VI powodował przejściową hiperpolaryzację związaną ze spadkiem rezystancji wejściowej, a następnie dużą depolaryzacją, wzrostem rezystancji wejściowej i wyładowaniami potencjału czynnościowego. Hiperpolaryzacja za pośrednictwem ACh i ciąg potencjałów czynnościowych komórek piramidalnych warstwy II-III zostały zablokowane przez TTX. W ten sposób komórki aktywowane ACh w warstwach II-III i VI nawiązują pobudzający kontakt synaptyczny z komórkami piramidowymi warstwy V, wytwarzając impuls EPSP obserwowany w warstwie V.

Przedstawiamy tutaj zastosowanie biocytyny (kompleks biotyna-lizyna) jako pozakomórkowego znacznika in vitro. Biocytynę podawano zewnątrzkomórkowo, ujawniając podobne do Golgiego barwienie komórek w korze wzrokowej dorosłego szczura in vitro. Mikropipety napełniono roztworem 2,3-2,6% biocytyny rozpuszczonej w 0,05 M buforze Tris, pH 7,4. Biocytynę aplikowano jedną z 3 metod: dyfuzyjną, wtryskiem ciśnieniowym lub kroplą. Ciała komórkowe i dendryty wokół miejsca aplikacji oraz ich odprowadzające wyrostki aksonalne były zabarwione i często widoczne były kolce dendrytyczne. Miejsca wstrzyknięć różniły się wielkością od pojedynczej komórki do średnicy 400 µm. Po nałożeniu w warstwie I-III, niewiele wypełnionych komórek było również widocznych w warstwach IV i V, poza miejscem aplikacji. Zastosowanie kropli (5-10 µl) biocytyny spowodowało wypełnienie komórek w korze. Stwierdzono, że połączenie biocytyny i preparatu wycinka jest bardzo przydatne w ujawnianiu morfologii komórek i śledzeniu połączeń międzywarstwowych w korze wzrokowej. Zaletami tej techniki są łatwość aplikacji, precyzyjne i ograniczone miejsca wstrzyknięcia oraz szczegóły morfologiczne przypominające aparat Golgiego.

Gęste plamy oksydazy cytochromowej (CO) w korze prążkowia naczelnych stanowią uderzający przykład równoległego przetwarzania informacji wzrokowych. Poziom izolacji kropelek z otaczającej tkanki międzyplamkowej badano w niniejszym badaniu przez połączenie barwienia CO z impregnacją Golgiego altan dendrytycznych w tych samych skrawkach tkanki. Dane opierają się na materiale od dwóch małp marmozet i trzech małp wiewiórek. Analizę przeprowadzono na dwóch rodzajach preparatów Golgiego. W pierwszym preparacie gęste sieci nakładających się dendrytów impregnowano nad brzegami kropli. Wyniki analizy tych sieci za pomocą mikroskopii transmisyjnej i konfokalnej wykazały, że altany dendrytyczne swobodnie penetrują brzegi plamek. Analiza statystyczna wykazała, że ​​gęstość skrzyżowań dendrytycznych na brzegach plamek była podobna do gęstości stwierdzonej w centrach plamek i między plamkami. W drugim typie preparatu Golgiego impregnowano pojedyncze, izolowane neurony. Badania takich neuronów ujawniły sporadyczne przykłady altan dendrytycznych, które wydawały się odbijać wstecz od brzegów plamek, ale kontrprzykłady były równie liczne. Analiza wskaźnika odchylenia wykazała, że ​​altany dendrytyczne generalnie nie miały wpływu na obecność pobliskiego marginesu plamki. Skanowanie dużej liczby zaimpregnowanych altan wykazało, że co najmniej połowa populacji neuronów związanych z pęcherzykami ma dendryty zarówno w obszarze pęcherzyków, jak i między pęcherzykami. W warunkach swobodnej penetracji dendrytycznej brzegów plamek jedynym czynnikiem, który determinuje poziom mieszania się pęcherzyków i międzypęcherzyków, wydaje się być zależność między wielkością pęcherzyków a dendrytycznym rozprzestrzenieniem neuronów pęcherzyków. Co ciekawe, zarówno u małp marmozet, jak i wiewiórek ten stosunek wielkości jest podobny pomimo dużej różnicy w ich powierzchni korowej. W związku z tym postawiono hipotezę, że rozmiar plamki jest optymalnie dopasowany do rozpiętości dendrytycznej, tak aby uzyskać płynne przejście próbkowania dendrytycznego z obszaru plamki do strumieni przetwarzania związanych z międzypęcherzykami.

Wzorce połączeń leżące u podstaw integracji międzymodalnej badano poprzez wstrzykiwanie rozróżnialnych, wstecznych znaczników (fluor-złoto i żółcień diamidynowa) w parach do różnych reprezentacji czuciowych (wzrokowych, somatosensorycznych i słuchowych) w korze mózgowej szczura. W zgodzie z wcześniejszymi badaniami pojedynczego znacznika, nasze wyniki wskazują, że centralny rdzeń obszarów czuciowych otrzymuje projekcje głównie z zestawu obszarów asocjacyjnych rozmieszczonych w sposób pierścieniowy wzdłuż krawędzi płaszcza korowego. Kora wzrokowa otrzymała projekcje z obszarów 48/49, obszaru 29d, tylnej agranularnej kory przyśrodkowej (AGm), obszaru 11, obszaru 13 i obszaru 35. Wszystkie te obszary były również połączone z korą słuchową z wyjątkiem obszarów 29d i AGm . Jednakże, z boku do obszaru 29d i z tyłu AGm, obecne było pasmo neuronów wystające do kory słuchowej. Kora somatosensoryczna była związana głównie z bardziej przednim aspektem półkuli, który obejmował pierwszorzędowy obszar ruchowy, obszar 11 i obszar 13. Wzorce relacji intermodalnych ujawnione w niniejszym badaniu obejmowały dwie główne kategorie. W obszarach przednich i bocznych zaobserwowano mieszanie się komórek wystających na różne modalności sensoryczne. W przeciwieństwie do tego, w obszarach położonych wzdłuż przyśrodkowego aspektu półkuli, komórki połączone z różnymi reprezentacjami modalności sensorycznej miały tendencję do oddzielania się od siebie. W korze podpodskórnej (obszary 48/49) znajdowały się zarówno wymieszane, jak i posegregowane grupy komórek. Częstość występowania wyraźnie zidentyfikowanych podwójnie oznakowanych komórek jednocześnie rzutujących na dwie różne reprezentacje sensoryczne była niezwykle rzadka. Wzory te mogą tworzyć podłoże dla różnych poziomów międzymodalnej integracji sensorycznej w korze szczura.

Rolę podwzgórza (HTH) w patogenezie nadciśnienia genetycznego badano u szczurów z samoistnym nadciśnieniem (SHR). Obecnie uważa się, że w tym szczepie defekt genetyczny objawia się głównie w HTH. Zbadaliśmy tę hipotezę przeszczepiając neurony HTH z zarodków szczurów SHR lub kontrolnych szczurów Wistar Kyoto (WKY) do HTH dorosłych szczurów WKY z prawidłowym ciśnieniem tętniczym. Monitorowano zmiany w skurczowym ciśnieniu krwi (SBP) gospodarza i badano zmiany w ekspresji genu wazoaktywnego polipeptydu jelitowego (VIP) w mózgu gospodarza. U szczurów, którym przeszczepiono tkankę HTH z zarodków SHR (G-SHR), ciśnienie krwi wzrosło o 31% w porównaniu z grupą kontrolną z przeszczepem. Ciśnienie krwi rosło stopniowo w ciągu 6 tygodni do najwyższego poziomu, który utrzymywał się przez co najmniej 3 miesiące po przeszczepie. Wraz z podwyższonym ciśnieniem krwi masa serca wzrosła o 80% w porównaniu z grupą kontrolną. Zmiany behawioralne były również widoczne u szczurów G-SHR i były one podobne do tych u natywnego szczepu SHR. Histochemia hybrydyzacji in situ wykazała 40% wzrost transkryptów VIP w jądrze nadskrzyżowaniowym mózgu gospodarza G-SHR w porównaniu z kontrolą. Badania te wykazują, że przeszczep embrionalnej tkanki HTH SHR do mózgów dorosłych szczurów z prawidłowym ciśnieniem tętniczym powoduje rozwój cech nadciśnienia u gospodarza. Wydaje się zatem, że HTH jest głównym kandydatem na źródło zmian prowadzących do samoistnego nadciśnienia u ssaków.


Obejrzyj wideo: Measuring neuronal oscillations for communication in the human, with electrocorticography ECoG (Sierpień 2022).