Neural Circuits That Process Visual Information

处理视觉信息的神经回路

基本信息

  • 批准号:
    8600828
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41.01万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    1993
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    1993-07-01 至 2017-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY: Two powerful inhibitory networks in the visual thalamus converge on relay cells and influence every spike that travels downstream. Local interneurons provide feedforward inhibition to relay cells and each other. The thalamic reticular nucleus receives input from relay cells and inhibits them in return. Work in fixed tissue or brain slices has provided insight into the pharmacology, cellular physiology and anatomy of these circuits. It is patently necessary apply these ex vivo results to function in vivo. To bridge this gap, we record from inhibitory cells directly and monitor the inhibition they generate in relay cells during vision. Our strategy updates classical comparative anatomical and physiological approaches by combining whole-cell recording and intracellular labeling in vivo with theory and computational techniques. Aim 1) Exploring the integration of On and Off pathways in the LGN. Relay cells have receptive fields made of concentric On and Off subregions with a push-pull layout of excitation and inhibition; e.g. where bright stimuli excite, dark inhibit. Retina supplies the push (excitation). We propose that the pull (inhibition to stimuli of the reverse sign) comes from local interneurons with receptive fields like those of their postsynaptic partners, but with the opposite preference for stimulus polarity. It is difficult, however, to map connectivity between and On and OFF cells because these cannot be anatomically distinguished in most mammals. Thus, we will test our hypothesis by using the ferret, where On and Off cells occupy different sublaminae in the LGN. Aim 2) Model systems to explore inhibitory mechanisms in higher animals. Genetic approaches make rodent a popular subject for studying vision. However, the cortical organization of carnivore vs. rodent is vastly different, from the level of the functional architecture to properties of single cells. We ask where these differences emerge by quantitatively comparing the synaptic structure of receptive fields in carnivore vs. rodent LGN. Preliminary studies suggest that basic principles of processing in the LGN are conserved. Thus, we will probe push-pull using mutants lacking an On channel. Further, interneurons and relay cells in cat process their inputs in quantitatively different ways that optimize information transmission; we will dissect the bases for these differences in rodent. Aim 3) Inhibitory contributions to processing stimulus contrast. We hypothesize that push-pull and same-sign inhibition (inhibition to the preferred stimulus polarity) expand the range of sensitivity to stimulus contrast and improve feature detection at high contrasts. We will explore extra-retinal mechanisms of contrast gain by comparing retinal input to thalamic output patterns in relay cells and by recording from interneurons. Push- pull vs. same-sign inhibition will be separated empirically by silencing the On channel, and computationally with conductance based models. In addition, we will ask how inhibition contributes to feature selectivity by assessing changes in the relative weights of push and pull at different contrasts.
项目摘要:视觉丘脑中的两个强大的抑制网络汇聚在中继细胞上 并影响每一个向下游移动的尖峰。局部中间神经元提供前馈抑制 中继细胞和彼此之间。丘脑网状核接受来自中继细胞的输入并抑制它们 作为回报。在固定组织或脑片上的工作提供了对药理学、细胞生理学的见解 以及对这些回路的解剖。显然有必要将这些体外结果应用到体内发挥作用。至 弥合这一鸿沟,我们直接从抑制细胞记录,并监测它们在中继细胞中产生的抑制 在视觉过程中。我们的策略更新了经典的比较解剖学和生理学方法 将体内全细胞记录和细胞内标记与理论和计算技术相结合。 目的1)探讨LGN内On和Off通路的整合。中继信元具有感受场 由同心的开和关子区域组成,具有激励和抑制的推挽式布局;例如,在哪里 亮的刺激会刺激,暗的刺激会抑制。视网膜提供推动(兴奋)。我们认为,拉力(抑制) 到反号的刺激)来自局部中间神经元,其感受野类似于 突触后伙伴,但对刺激极性的偏好相反。然而,很难绘制出地图 以及开和离细胞之间的连接,因为在大多数情况下这些细胞在解剖学上无法区分 哺乳动物。因此,我们将使用雪貂来验证我们的假设,其中打开和关闭的细胞占据不同的位置 LGN内的亚胺。目的2)探索高等动物体内抑制机制的模型系统。 遗传方法使啮齿动物成为研究视觉的热门课题。然而,大脑皮层组织 食肉动物和啮齿动物的差异很大,从功能结构的水平到单一的 细胞。我们通过定量比较大脑皮质神经元的突触结构来探究这些差异是从何而来。 食肉动物与啮齿动物LGN的感受野。初步研究表明,加工的基本原则 在LGN中是保守的。因此,我们将使用缺乏通道的突变体来探索推拉。此外, 猫的中间神经元和中继细胞以不同的量化方式处理它们的输入,这些方式优化了 信息传递;我们将剖析啮齿动物这些差异的基础。目标3)抑制 对刺激对比度加工的贡献。我们假设推-拉和同号抑制 (对首选刺激极性的抑制)扩大对刺激对比度的敏感范围 提高高对比度下的特征检测。我们将通过以下方式探索视网膜外获得对比度的机制 比较视网膜输入和丘脑中继细胞的输出模式,以及中间神经元的记录。推送- 拉动抑制与同号抑制将通过使通道上的静音来经验地分开,并在计算上 使用基于电导的模型。此外,我们还将询问抑制如何通过以下方式促进特征选择性 评估不同对比度下推力和拉力的相对权重的变化。

项目成果

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MEASUREMENT OF MUCOCILIARY AIRWAY CLEARANCE IN PATIENTS WITH CYSTIC FIBROSIS (CF) AND ITS STIMULATION BY TERBUTALINE
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  • 通讯作者:
    Paul A di Sant'Agnese

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  • 资助金额:
    $ 41.01万
  • 项目类别:
    Studentship
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