Multi-regional neural circuit dynamics underlying short-term memory

短期记忆的多区域神经回路动力学

基本信息

  • 批准号:
    10677029
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 61.69万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-15 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract The focus of this BRAIN Initiative funding opportunity is to use “innovative approaches to understand how circuit activity gives rise to a specific behavior”. Cognitive behaviors arise from collective interactions of multiple brain systems. Yet, for most cognitive processes, we do not yet know which brain areas are involved and how multi-regional interactions mediate specific cognitive processes. This gap in knowledge arises because separate parts of the brain are studied individually, yet, the brain circuits driving behavior vary from one behavior to another. The goal of this proposal is to establish a working example of how brain-wide activity dynamics collectively generate one cognitive behavior. We address this question by studying how a mouse flexibly generate a volitional movement based on short-term memory. Neurons in multiple parts of the brain, including the frontal cortex, thalamus, midbrain, and cerebellum respond robustly during this short-term memory and causally contribute to the behavior. Taking advantage of this opportunity to establish how activity distributed across multiple brain systems orchestrates one coherent behavior, in this proposal, we will use newly developed experimental frameworks to analyze the underlying neural circuitry at brain-wide scale and establish causal relationships between specific activity patterns and behavior. First, we will use brain-wide loss-of-function screen, high-density silicon probe recording, and anatomical techniques to produce multi- modal maps of core neural substrates of the short-term memory. The outcome datasets will be put into standardized brain coordinates, making it possible to link the functional data to existing connectional and gene expression atlases. Next, we will use simultaneous recordings and spatiotemporally-precise perturbations to probe multi-regional interactions underlying the observed activity patterns and relationships to behavior. Finally, we will build multi-regional models that offer interpretable description of the behaviorally-relevant dynamics and relate them to underlying circuit connectivity. The outcome will disambiguate competing models of how information distributed over multiple brain regions is coordinated during cognitive processes, how information is dynamically routed and gated. The experimental, analysis, and modeling approaches will be broadly useful for analyzing distributed circuits driving behavior, as is the focus of multiple collaborative U19 grants. All the data and code will be published in the well document Neurodata Without Border (NWB) format.
抽象的 BRAIN Initiative 资助机会的重点是使用“创新方法来了解如何 电路活动引起特定行为”。认知行为源于集体相互作用。 然而,对于大多数认知过程,我们还不知道涉及哪些大脑区域。 以及多区域交互如何调节特定的认知过程。 因为大脑的不同部分是单独研究的,然而,驱动行为的大脑回路各不相同 该提案的目标是建立一个关于全脑活动如何进行的工作示例。 我们通过研究老鼠如何产生一种认知行为来解决这个问题。 根据大脑多个部分的神经元灵活地产生意志运动, 包括额叶皮层、丘脑、中脑和小脑在内的短期反应强烈 记忆和因果关系对行为的贡献 利用这个机会来确定如何活动。 分布在多个大脑系统中协调一个连贯的行为,在这个提案中,我们将使用 新开发的实验框架可在全脑范围内分析底层神经回路 首先,我们将使用大脑范围内的特定活动模式和行为之间的因果关系。 功能丧失屏幕、高密度硅探针记录和解剖技术可产生多种 短期记忆核心神经基质的模态图将被放入到结果数据集中。 标准化的大脑坐标,使得将功能数据与现有的连接和基因联系起来成为可能 接下来,我们将使用同步记录和时空精确扰动来 探究观察到的活动模式及其与行为的关系背后的多区域相互作用。 最后,我们将构建多区域模型,提供行为相关的可解释描述 动力学并将其与底层电路连接联系起来,结果将消除竞争模型的歧义。 分布在多个大脑区域的信息在认知过程中如何协调 信息是动态路由和门控的。实验、分析和建模方法将是动态的。 对于分析分布式电路驾驶行为广泛有用,这是多个协作 U19 的重点 所有数据和代码将以良好的文件 Neurodata Without Border (NWB) 格式发布。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Not everything, not everywhere, not all at once: a study of brain-wide encoding of movement.
不是一切,不是到处,也不是同时:对全脑运动编码的研究。
  • DOI:
    10.1101/2023.06.08.544257
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Wang,ZiyueAiden;Chen,Susu;Liu,Yi;Liu,Dave;Svoboda,Karel;Li,Nuo;Druckmann,Shaul
  • 通讯作者:
    Druckmann,Shaul
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