31203

ارزيابي نقش كلاس هاي سلولي متمايز قشر مغز ميمون در وظيفه تصميم گيري

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - مهندسي عصبي - شناختي

1400

1403/04/20

محمدرضا دليري

ندارد

مهندسي برق

درك عملكرد انواع مختلف سلول‌هاي عصبي كليد درك عملكرد مغز است. نورون‌هاي قشري دسته‌هاي سلولي را تشكيل مي‌دهند كه به احتمال زياد نقش هاي عملكردي منحصربه‌فردي را در ريزشبكه هاي مغزي ايفا مي‌كنند. با اين حال، تنوع سلولي در مطالعات الكتروفيزيولوژي روي حيوانات هشيار و درحال رفتار اغلب ناديده گرفته مي‌شود. اين پايان‌نامه با اثبات اين كه دو نوع سلول عصبي از نظر عملكردي متمايز را مي‌توان به خوبي از ثبت‌هاي خارج سلولي در چندين ناحيه قشري يك ميمون در حال رفتار شناسايي كرد، به بررسي اين شكاف مي‌پردازد. بدين منظور، از مجموعه‌ داده‌اي استفاده شده است كه فعاليت پتانسيل عمل خارج سلولي را از قشر پيش‌پيشاني ، ميدان چشمي پيشاني و ناحيه داخلي جداري جانبي آهيانه يك ميمون ماكاك در طول وظيفه تصميم‌گيري حسي‌-حركتي ثبت كرده است. با استفاده از خوشه‌بندي بدون نظارت شكل موج‌هاي اسپايك و با دقت بالايي، دو كلاس نوروني متمايز در هر سه ناحيه مغز از هم تفكيك شدند. اين دو كلاس نوروني، ويژگي‌هاي عملكردي متمايزي از خود نشان دادند كه تفاوت آن‌ها در‌ الگوهاي شليك پايه و توانايي‌شان براي رمزگشايي اطلاعات مرتبط با وظيفه مشهود بود. اما يك پرسش كليدي همچنان مطرح بود؛ آيا كدگذاري جمعيتي بين انواع سلولي متفاوت است؟ قشر پيشاني و آهيانه اطلاعات مرتبط با شكل‌گيري تصميم را از طريق كدگذاري‌هاي جمعيتي ايستا يا پويا بسته به نياز و سختي‌ وظيفه شناختي حفظ مي‌كنند. بدين منظور، ويژگي‌هاي كدگذاري جمعيتي و پايداري و ثبات زماني نورون‌ها بررسي شد و كدگذاري جمعيت ناهمگني براي اطلاعات مرتبط با شكل‌گيري تصميم، شناسايي شد. دريافتيم كه كدگذاري ايستا براي سلول‌هاي هرمي در ناحيه ميدان چشم پيشاني و كدگذاري ايستا براي اينترنورون‌ها در ناحيه داخلي جداري جانبي و پيش‌پيشاني وجود دارد. قابل توجه‌ترين يافته مربوط به كدگذاري جمعيتي اطلاعات مرتبط با تصميم‌گيري است كه بالاترين ثبات و وابستگي به نوع سلول عصبي را نشان مي‌دهد. اينترنورون‌ها تغييري از كدگذاري ايستا در LIP به كدگذاري پويا در FEF و سپس به بازگشت به كدگذاري ايستا در PFC نشان دادند. اين نتايج نشان مي‌دهد كه ريزمدار هاي نواحي آهيانه و پيشاني در مغز، يك استراتژي كدگذاري جمعيتي تركيبي و مختلط را بيان مي‌كنند كه تحت تأثير نوع نورون مربوطه است كه تغييرات مربوط به پايداري و ثبات زماني را در نواحي مختلف به همراه دارد.

1403/06/27

Investigating the Function of Distinct Cell Classes in the Macaque Cortex in the Context of Decision-Making Task

7/10/2025 12:00:00 AM

Introduction: Understanding the function of different neuronal cell types is key to understanding brain function. Neocortical cells form classes that likely take on unique functional roles in the cortical microcircuit. However, cell-type diversity is typically overlooked in electrophysiological studies in awake-behaving animals. This dissertation addresses this gap by showing that two functionally distinct cell classes can be robustly identified from extracellular recordings in several cortical regions of an awake-behaving monkey. Method: We investigated a dataset that recorded extracellular spiking activity from the prefrontal cortex (PFC), the frontal eye field (FEF), and the lateral intraparietal area (LIP) of a macaque monkey during a visuomotor decision-making task. Using unsupervised clustering of spike waveforms, we robustly dissociated two distinct cell classes across all three brain regions. These classes exhibited distinct functional properties, evident in differences in baseline firing patterns and their ability to decode task-related information. Results: A key question remains: The prefrontal and parietal cortex maintain information in decision-related dynamics through static or dynamic population codes depending on task demands and difficulties. However, it remains unknown whether population coding differs between cell types. We investigated the population coding properties and temporal stability of neurons and identified heterogeneous population coding for choice information. Specifically, we found static coding for putative pyramidal cells in FEF and static coding for putative interneurons in LIP and PFC across all variables. The most striking finding lies in the population coding of decision-related information, which demonstrated the highest stability and a dependence on cell types. Interneurons exhibited a shift from static coding in LIP to dynamic coding in FEF and then back to static coding in PFC. These results suggest that prefrontal and parietal microcircuitry expresses a mixed population coding strategy, influenced by cell types and displaying regional variations in stability.

اينترنورون، خوشه‌بندي، رمزگشايي زماني، شكل‌و‌فرم اسپايك، كلاس‌هاي سلولي، كدگذاري ايستا، نورون هرمي، وظيفه شناختي تصميم‌گيري

Cell Classes, Decision-Making, Dynamic Coding, Electrophysiology, Spike Waveforms, Static Coding, Unsupervised Clustering

Hamidreza Abdoljabbari

Dr.Mohammad Reza Daliri