Dynamic mechanisms of active vision in prefrontal cortex

前额皮质主动视觉的动态机制

基本信息

  • 批准号:
    8628457
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.65万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-02-01 至 2019-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Dynamic mechanisms of active vision in prefrontal cortex PROJECT SUMMARY Under natural conditions, our visual experience is characterized by frequent eye movements as we scan a rich visual environment. Most experiments, however, have focused on neural responses under visually and behaviorally impoverished conditions, sacrificing realistic conditions for tractability. There is a growing realization that the brain's activity under these conditions does not always generalize to more natural settings, and experiments that probe neuronal dynamics under more complicated situations are needed. The long-term goal of this application is to determine how neural circuits in the primate brain act to generate coherent visual perception despite frequent eye movements and changes in internal cognitive state. The frontal eye field (FEF), a part of prefrontal cortex critical for controlling saccadic eye movements, plays a key role in this function through its unique position in the cortical hierarchy. FEF neurons serve both visual and motor functions, with connections to subcortical structures that control the eyes and to visual cortical areas. How do FEF neurons act in this gateway, serving the dual functions of integrating visual information to guide eye movements and informing the visual system about planned motor commands? One clue comes from studies of the phenomenon of predictive remapping, in which neurons shift their spatial preferences prior to an impending saccade. This occurs in FEF neurons as well as other cortical areas, and hints at the frequent and dynamic changes in their response properties. What kinds of dynamic changes are brought on by motor planning? How does the information necessary to generate these dynamics propagate through neuronal circuits? We will address these questions in three specific aims, the first of which uses rapidly presented sparse noise stimuli, an approach developed in early visual areas, to probe the dynamics of FEF neuronal responses. We hypothesize that FEF neurons have precise temporal dynamics, enabling responses to rapidly flashed stimuli, and nonlinear spatial summation, leading to strong responses to small stimuli that are perceived as potential saccade targets. The second specific aim is to measure the predictively remapped response with high spatial and temporal precision using the same noise stimulus. We hypothesize that remapping manifests as a gradual shift in the receptive field in the peri-saccadic time period, and this occurs for both guided saccades and more naturalistic spontaneous saccades. In the third specific aim, we attempt to isolate the neuronal circuitry responsible for these dynamic changes by recording simultaneously from a population of FEF neurons. We hypothesize that local circuitry within FEF is invoked to transfer information between neurons prior to an eye movement. The overall result of this study will be to establish the role of FEF in integrating visual perception and motor control during active vision, and to construct a framework for using receptive field mapping and population recordings to measure dynamic changes in neural circuits across visual and motor systems. This will aid in developing treatments for neurological disorders of vision and rehabilitation after traumatic brain injury or disease.
前额皮质主动视觉的动态机制 项目概要 在自然条件下,我们的视觉体验的特点是当我们扫描丰富的内容时频繁的眼球运动。 视觉环境。然而,大多数实验都集中在视觉和视觉条件下的神经反应。 行为贫困的条件,为了易于处理而牺牲现实条件。有一种不断增长的 认识到大脑在这些条件下的活动并不总是能推广到更自然的环境, 并且需要在更复杂的情况下探测神经元动力学的实验。长期来看 该应用程序的目标是确定灵长类动物大脑中的神经回路如何产生连贯的视觉 尽管频繁的眼球运动和内部认知状态的变化,感知仍然存在。额眼视野(FEF), 前额皮质的一部分对于控制眼球扫视运动至关重要,在此功能中起着关键作用 通过其在皮质层次结构中的独特地位。 FEF 神经元同时具有视觉和运动功能 与控制眼睛的皮层下结构和视觉皮层区域的连接。 FEF 神经元如何发挥作用 在这个网关中,具有整合视觉信息以引导眼球运动和 通知视觉系统有关计划的运动命令?一条线索来自于对 预测性重映射现象,其中神经元在即将到来的事件之前改变其空间偏好 眼跳。这发生在 FEF 神经元以及其他皮质区域,并暗示频繁且动态的 它们的响应属性发生变化。运动规划会带来哪些动态变化?如何 产生这些动态所需的信息是否通过神经元回路传播?我们将 通过三个具体目标来解决这些问题,第一个目标是使用快速呈现的稀疏噪声刺激, 在早期视觉区域开发的方法,用于探测 FEF 神经元反应的动态。我们假设 FEF 神经元具有精确的时间动态,能够对快速闪烁的刺激做出反应,并且具有非线性 空间求和,导致对被视为潜在扫视目标的小刺激产生强烈反应。 第二个具体目标是测量具有高空间和时间的预测性重映射响应 使用相同的噪声刺激的精度。我们假设重新映射表现为逐渐转变 眼跳周围时间段的感受野,这种情况发生在引导眼跳和更自然的眼跳中 自发性眼跳。在第三个具体目标中,我们尝试分离负责的神经元电路 通过同时记录 FEF 神经元群体的这些动态变化。我们假设 在眼球运动之前,FEF 内的本地电路被调用以在神经元之间传输信息。这 这项研究的总体结果将是确定 FEF 在整合视觉感知和运动控制方面的作用 在主动视觉期间,并构建使用感受野映射和人口记录的框架 测量视觉和运动系统神经回路的动态变化。这将有助于发展 治疗视觉神经系统疾病以及脑外伤或疾病后的康复。

项目成果

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