22210

رمزگشايي زمان پاسخ به محرك از روي فعاليتهاي مجموعه نوروني با استفاده از روشهاي كوپلينگ خطي و غيرخطي

دكتري تخصصي

بيوالكتريك

1399

1399/03/21

دكتر محمدرضا دليري

دكتر اشتفان تروه

برق

بررسي ارتباط فعاليت‌ نوروني با پاسخ رفتاري از آن جهت حائز اهميت است كه امكان كمي‌سازي ارتباط بين فعاليت‌ نوروني با ادراك را فراهم مي‌آورد. يكي از كميت‌هاي مورد مطالعه در اين بحث، زمان عكس‌العمل است كه يك معيار زماني از مراحل محاسباتي مغز در آزمايش‌هاي رفتاري است. بر اين اساس هدف اصلي اين تحقيق بررسي ارتباط فعاليت مجموعه نوروني با زمان عكس‌العمل در ناحيه حسي بينايي است. بررسي‌هاي الكتروفيزيولوژيكي و روانشناسي نيز نشان داده‌اند كه توجه بينايي به محرك خارجي مي‌تواند فعاليت‌ نوروني و زمان عكس‌العمل رفتاري را تحت تاثير قرار دهد. از اينرو در اين مطالعه تاثير توجه بينايي بر ارتباط فعاليت‌هاي مجموعه نوروني با زمان عكس‌‌العمل نيز بررسي گرديد. در اين راه از انواع روش‌هاي رمزگشايي خطي و غير خطي براي مطالعه ارتباط فعاليت نوروني با زمان عكس‌العمل رفتاري استفاده شد. نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد كه سرعت پاسخ‌ رفتاري (زمان عكس‌العمل) از روي فعاليت‌هاي نوروني برانگيخته در نواحي حسي بينايي قابل پيش‌بيني است. بررسي‌هاي بيشتر نشان مي‌دهد كه با افزايش سنكروني نورون‌هاي محلي در فركانس گاما بالا (220-180 هرتز) زمان عكس‌العمل رفتاري كاهش مي‌يابد. به علاوه نتايج مدلسازي نشان مي‌دهد كه سنكروني نورون‌ها در باند‌ فركانسي گاما بالا (در مسير پشتي) و گاما (70-40 هرتز در مسير بطني) نقش مهمي در مسيريابي و انتقال اطلاعات بينايي-حركتي از نواحي حسي بينايي به نواحي پايين‌دستي مغزي دارند. براساس اين نتايج، نواحي پايين‌دستي مغز مي‌توانند از طريق سنكروني با نواحي بالادستي مغز اطلاعات دريافتي را براساس منبع ارسال آنها تفكيك كنند. بررسي تعاملات شبكه‌هاي نوروني‌‌ نيز نشان مي‌دهد كه فعاليت‌هاي نوساني در باند بتا (26-10 هرتز) نقش اساسي در انتقال اطلاعات بينايي-حركتي (در باند گاما بالا) از نواحي بالادستي به نواحي پايين‌دستي مغز دارد. همچنين نتايج مدل‌سازي و بررسي دادگان الكتروفيزيولوژي نيز نشان مي‌دهد كه توجه بينايي با دو مكانيزم نوروني مستقل سرعت پاسخ رفتاري را افزايش مي‌دهد؛ (1) با افزايش افتراق نورني و (2) با بهبود انتقال اطلاعات (با افزايش همزماني بين فاز نوسان‌ها در باند فركانسي بتا و توان نوسان‌ها در باند فركانسي گاما بالا). بررسي و مقايسه فعاليت‌هاي نوساني خطي و غيرخطي نورون‌ها نيز نشان مي‌دهد كه فعاليت‌هاي نوساني غيرخطي نورون‌ها در باند فركانسي گاما بالا نقش اساسي در كنترل سرعت پاسخ رفتاري دارد.

1399/04/23

Decoding Behavioral Response Time from Neural Population Activities Using Linear and Nonlinear Coupling Methods

6/11/2021 12:00:00 AM

Investigation of the relationship between neural activities and behavioral responses is an important issue in behavioral neuroscience. It helps neuroscientists to quantify connection between the neural activity and cognition. One crucial parameter that represents the time period between cortical processing till to behavioral action is behavioral reaction time (RT). Different parts of brain are taking apart in processing behavioral actions, including visual cortex. However, it is not clear how neurons in associative visual areas are processing the relevant information and shaping a behavioral action. To answer, we examined the neural activities from visual area MT of macaque monkeys during a change detection task. Previous investigations in visual cortex have shown that attention can shorten RT and enhance the correlation between neural activity and behavioral responses. So, it is important to be considered visual attention as an important factor that influences neural-behavioral correlation. Our results show that visually evoked activity in macaque MT area can predict the speed of behavioral responses. Furthermore, we found that synchronization in high-gamma frequencies (180-220 Hz) is significantly enhanced among MT neurons (an area within dorsal visual pathway) preceding to fast behavioral responses. Given a similar observation, but in gamma frequency band (40-70 Hz) in area V4 (an area within ventral visual pathway), we proposed that downstream association area may use these frequency bands to distinguish the source of information (spikes) receives from two visual pathway. Investigation of nested oscillations in MT area reveals that the beta oscillation (10-26 Hz) may facilitate communication of the high-gamma information between upstream and downstream associated areas. Accordingly, our results propose that visual attention influences information processing and shorten RT via two independent ways; (1) by improving neural coding (discriminability) in sensory areas and (2) by facilitating the communication with downstream areas for routing the most relevant behavioral information. Moreover, the data suggests that non-linear cortical process may play functional role in processing and controlling the speed of behavioral responses.