Sommaire: Les chercheurs ont identifié comment le cortex visuel primaire et la zone latéro-médiale du cortex cérébral s’influencent mutuellement, et comment cette communication change sur des périodes rapides.
La source: Centre d’accueil de Sainsbury :
Comprendre comment les aires cérébrales communiquent est l’une des questions les plus anciennes des neurosciences. Des chercheurs du Sainsbury Wellcome Center de l’UCL ont utilisé des techniques causales pour découvrir comment deux zones néocorticales du cerveau communiquent entre elles et ont découvert que leur influence l’une sur l’autre changeait sur des échelles de temps beaucoup plus rapides qu’on ne le pensait auparavant.
Avec environ 80 milliards de neurones et 100 000 milliards de connexions dans le cerveau, il a été difficile pour les neuroscientifiques de démêler les réseaux qui donnent lieu au comportement.
Dans une nouvelle étude, publiée aujourd’hui dans : Neurone :les chercheurs de SWC expliquent comment deux zones visuelles du cortex cérébral, le cortex visuel primaire (V1) et la zone latéromédiale (LM), s’influencent mutuellement et comment cette communication change sur des périodes de temps rapides.
«Nous voulions étudier la communication entre les zones pour comprendre comment différentes régions du cerveau travaillent ensemble pour traiter les stimuli visuels. D’après les études classiques, nous savons qu’il existe une hiérarchie des zones visuelles avec des voies d’anticipation et de rétroaction. Le premier niveau de hiérarchie dans le cortex cérébral est V1 et le deuxième niveau est V2 chez les primates, dont l’équivalent est LM chez la souris », a déclaré Mitra Javadzadeh, chercheur au SWC et co-auteur de l’article.
«Notre attente des connexions anatomiques entre V1 et LM est que l’effet de l’activité neuronale dans une zone sur une autre serait relativement constant; cependant, nous avons été surpris de constater qu’il est dynamique et change avec le temps. Ces changements peuvent se produire très rapidement, en quelques dizaines de millisecondes », a déclaré Sonja Hofer, chef de groupe chez SWC et co-auteur de l’article.
Historiquement, les scientifiques ont enregistré à partir de différentes zones du cerveau et ont utilisé des corrélations statistiques pour déduire comment une zone en influence une autre. Dans cette étude, Javadzadeh et Hofer ont plutôt adopté une approche causale en utilisant des perturbations neuronales pour étudier la dynamique des interactions inter-zones au fil du temps.
Les neuroscientifiques ont enregistré des populations de neurones en V1 et LM chez la souris et ont utilisé l’optogénétique pour faire brièvement taire l’activité d’une zone et quantifier comment l’activité augmentait ou diminuait dans l’autre zone. Cela leur a montré la contribution de la première zone dans l’élaboration des cadences de tir de la seconde zone.
Javadzadeh et Hofer ont mesuré ces contributions au fil du temps pendant que ces zones cérébrales traitaient les informations visuelles.
Étonnamment, ils ont découvert que l’effet de la manipulation d’une zone sur l’activité d’une autre variait dans le temps sur une échelle de temps rapide. Par exemple, un neurone dans la zone V1 pourrait diminuer son activité en réponse à la zone LM à un moment donné mais ne pas être influencé par l’activité LM 100 millisecondes plus tard.
De plus, si le stimulus visuel était pertinent sur le plan comportemental pour l’animal, par exemple s’il prédisait l’occurrence d’une récompense, ces changements d’influence se produisaient encore plus rapidement.
La fonction de ces influences en évolution rapide n’est pas encore connue, mais les auteurs émettent l’hypothèse qu’elles pourraient permettre aux zones corticales de contrôler différents aspects du traitement dans les régions cérébrales en aval qu’elles influencent sur de très courtes périodes. Cela signifierait que le rôle que jouent les domaines individuels dans la formation de l’activité de chacun pourrait être flexible et adapté aux exigences dynamiques du comportement.
En plus d’explorer la fonction de ces interactions dynamiques, Javadzadeh et Hofer travaillent avec des scientifiques de l’unité de neurosciences computationnelles Gatsby, située dans le même bâtiment que SWC, pour comprendre les mécanismes par lesquels elles se produisent.
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La source: Centre d’accueil de Sainsbury :
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“Canaux de communication causale dynamiques entre les zones néocorticales” par Mitra Javadzadeh et al. Neurone :
Voir également:
Résumé:
Canaux dynamiques de communication causale entre zones néocorticales :
Points forts:
- Les perturbations optogénétiques révèlent la structure causale des influences corticales à longue portée :
- La façon dont les zones visuelles s’influencent les unes les autres change dynamiquement sur des dizaines de millisecondes :
- La rétroaction vers V1 améliore l’encodage des stimuli visuels requis pour le comportement :
- La dynamique des influences rétroactives dépend du contexte comportemental :
Sommaire:
Le traitement des informations sensorielles dépend des interactions entre les régions néocorticales hiérarchiquement connectées, mais on ne sait toujours pas comment l’activité dans une zone influence causalement la dynamique de l’activité dans une autre et à quelle vitesse ces interactions changent avec le temps.
Ici, nous montrons que la communication entre le cortex visuel primaire (V1) et la zone visuelle d’ordre supérieur LM est dépendante du contexte et étonnamment dynamique dans le temps.
En faisant taire momentanément une zone tout en enregistrant l’activité dans l’autre, nous constatons que les deux zones ont affecté de manière fiable les sous-populations changeantes de neurones cibles en une centaine de millisecondes tandis que les souris observaient un stimulus visuel.
L’influence de la rétroaction LM sur les réponses V1 est devenue encore plus dynamique lorsque les stimuli visuels ont prédit une récompense, provoquant des changements rapides dans la géométrie de l’activité de la population V1 et affectant le codage du stimulus d’une manière dépendante du contexte.
Par conséquent, les interactions fonctionnelles entre les aires corticales ne sont pas statiques mais se déroulent à travers des sous-espaces de communication en évolution rapide dont la dynamique dépend du contexte lors du traitement des informations sensorielles.