Crowd coding in the brain:3D imaging and control of collective neuronal dynamics

大脑中的群体编码:集体神经元动力学的 3D 成像和控制

基本信息

  • 批准号:
    8827121
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50.55万
  • 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:
    2014-09-30 至 2017-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): The cortex is a laminated structure that is thought to underlie sequential information processing. Sensory input enters layer 4 (L4) from which activity quickly spreads to superficial layers 2/3 (L2/3) and deep layers 5/6 (L5/6) and other cortical areas eventually leading to appropriate motor responses. Sensory responses themselves depend on ongoing, i.e. spontaneous cortical activity, usually in the form of reverberating activit from within or distant cortical regions, as well as the state and behavioral context of the animal. Receptive field properties of neurons can rapidly and adaptively be reshaped when an animal is engaged in a behavioral task, indicating that encoding of stimuli is dependent on task- or context-dependent state. Responses also depend on ongoing cortical dynamics in a lamina-dependent fashion and differ between the awake and anesthetized state. The intricate neuronal interplay between behavioral context, ongoing activity, and sensory stimulus underlying cortical representations is unknown. Specifically, we do not know how neuronal circuits shape these emergent dynamics within and between laminae, and we do not know which neurons encode which aspect of a sensory stimulus. One shortcoming of all prior studies of sensory processing is that only a few neurons are sampled, and thus information about the interactions between neurons, and between neuron and global brain state is lacking. Here we address these challenges by developing new in vivo 2-photon imaging technology that allows rapid imaging and stimulation in multiple focal planes and new computational and information theoretic techniques to extract network dynamics at the single neuron and population level. These measures go beyond paired measures and take synergistic interactions between neurons into account. We use these new techniques to investigate the 3D single cell and population activity patterns in the auditory cortex in mice. We investigate the influence of single neurons relative to the synergistic influence of specific groups of neurons (the crowd) on network dynamics and ultimately behavior of the animal.
 描述(由适用提供):皮层是一种层压结构,被认为是顺序信息处理的基础。感觉输入进入第4层(L4),从中,活动迅速扩散到浅层层2/3(L2/3)和深层5/6(L5/6),其他皮质区域最终导致适当的运动反应。感觉反应本身取决于正在进行的,即赞助的皮质活动,通常是以从内部或distant的皮质区域以及动物的状态和行为环境进行回响的形式。 当动物从事行为任务时,神经元的接受场特性可以迅速而自适应地重塑,这表明刺激的编码取决于任务或上下文依赖性状态。响应还取决于以椎板依赖性的方式进行的皮质动力学,并且在清醒和麻醉状态之间有所不同。行为环境,持续活动和皮质表征的感觉刺激之间的复杂神经元相互作用尚不清楚。具体而言,我们不知道神经元电路如何塑造兰米娜内部和之间的这些新兴动力学,并且我们不知道哪个神经元编码了感觉刺激的哪个方面。所有先前对感觉处理的研究的缺点是,仅对几个神经元进行了采样,因此缺乏有关神经元之间以及神经元与全球脑状态之间相互作用的信息。在这里,我们通过开发新的体内2-Photon成像技术来应对这些挑战,该技术允许在多个焦点平面以及新的计算和信息理论技术中快速成像和刺激,以在单个神经元和人群层面提取网络动力学。这些措施超出了配对措施,并考虑了神经元之间的协同相互作用。我们使用这些新技术研究小鼠听觉皮层中的3D单细胞和种群活性模式。我们研究了单个神经元相对于 特定神经元(人群)对网络动态及其最终行为的协同影响。

项目成果

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