Tinutulay ng retinotopic coding ang pang-unawa at memorya sa utak, natuklasan ng pag-aaral

Isang kamakailang pag-aaral na inilathala sa Kalikasan Neuroscience ang mga ulat na maaaring matukoy ng retinotopic coding kung paano pinoproseso ang impormasyon mula sa retina sa cortex ng utak.

Pag-aaral: Binubuo ng isang retinotopic code ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng perception at memory system. Credit ng Larawan: Lia Koltryina / Shutterstock.com

Panimula

Paano nakikipag-ugnayan ang sensory signaling sa mga neuron ng utak upang makabuo ng memorya? Matagal na itong mahalagang punto ng interes sa kabila ng mga natuklasan sa pananaliksik na nagpapakita na ang katumpakan kung saan nangyayari ang mga representasyong ito na nauugnay sa memorya at pandama ay maaaring maipaliwanag ng mga may pattern na operasyon.

Conventionally, ipinapalagay na walang karaniwang coding sa pagitan ng dalawang uri ng cortical area na ito na kumokontrol sa perception at memorya. Inilalarawan ng retinotopy kung paano namamapa ang visual input mula sa retina sa mga partikular na neuron, lalo na ang mga nauugnay sa paningin.

Ang istrukturang retinotopic na ito ay iminungkahi na palitan ng abstract amodal coding sa mga mnemonic na lugar. Ang default mode network (DMN) ay isang halimbawa kung paano nangyayari ang pinakamataas na istruktura ng memory sa cortical apex dahil sa pagpapalaganap ng signal sa pamamagitan ng mga visual na lugar.

Sa ngayon, nananatiling hindi malinaw kung paano maaaring makipag-ugnayan nang makabuluhan ang dalawang uri ng impormasyong ito kapag batay sa iba’t ibang mga neural code. Ipinahiwatig ng mga kamakailang pag-aaral na ang DMN at mga katulad na lugar na may mataas na antas ng cortical ay nagpapakita ng retinotopy sa anyo ng mga patlang sa pagtanggap ng populasyon (pRFs) na pinalabas ng mga visual na pahiwatig, na gumagawa ng mga baligtad na amplitude ng pagtugon.

Ano ang ipinakita ng pag-aaral?

Ang kasalukuyang pag-aaral ay nagmumungkahi na ang retinotopy ay naroroon sa lahat ng antas ng cortical neural processing layer, sa gayon ay nagpapahintulot sa mga lugar ng pang-unawa at memorya na maiugnay sa functionally sa mga nakabalangkas na pakikipag-ugnayan. Ito ay batay sa functional magnetic resonance imaging (fMRI) na mga natuklasan na nagmamapa ng mga visual na pRF.

Bukod dito, ang mga negatibong pRF ay natagpuan na naroroon sa mataas na konsentrasyon sa mga mnemonic na lugar kumpara sa mga perceptual na lugar. Kaya, ang mga pRF sa mnemonic area (PMA) ay maaaring tulay ang agwat sa pagitan ng mga perceptual area (SPA) at temporal na mga lugar ng memorya na responsable para sa spatial memory sa pamamagitan ng paggamit ng retinotopic coding bilang karaniwang substrate para sa pakikipag-ugnayan ng mga lugar na ito.

Ang mga katulad na lokasyon sa visual field ay kinakatawan ng mga ipinares na -pRF sa mga SPA at PMA. Ito ay maaaring bahagyang dahil sa mga senyas na nagmumula sa mga SPA at ipinasa sa mga PMA.

Ang amplitude ng aktibidad ng -pRF sa mga PMA ay kabaligtaran na nauugnay sa mga +pRF sa mga SPA sa panahon ng mga gawain sa pag-recall ng mga pamilyar na visual na eksena tulad ng mga kusina ng mga kalahok. Sinasalamin nito ang paglitaw ng bottom-up sensory at top-down na internal memory na mga gawain, na higit pang sumusuporta sa hypothesis ng mga mananaliksik.

Ang mga resulta ay nagpapahiwatig din ng mga spatially specific na inhibitory na pakikipag-ugnayan ng dalawang uri ng mga lugar na ito, na lalabas kung sila ay nakabalangkas sa pamamagitan ng retinotopic neural coding. Ang magkasalungat na dynamics ay mas malakas sa pagitan ng mga ipinares na +/-pRF na nakamapa sa parehong rehiyon ng spatio-visual signaling sa panahon ng parehong perception at memory task.

Gayunpaman, dahil ang parehong mga gawaing ito ay tumutukoy sa mga sitwasyong kinasasangkutan ng pinakamataas na kalaban na dinamika ng mga visual at memory system, sinubukan ng mga siyentipiko ang mga antas ng aktibidad sa panahon ng isang gawain kung saan ang parehong mga sistema ay nakikipag-ugnayan, tulad ng pang-unawa ng isang pamilyar na eksena. Nagresulta ito sa parehong spatially specific inhibitory association ng pRF activity sa mga lugar na ito, kaya nagmumungkahi na ganito ang karaniwang pakikipag-ugnayan ng mga neuron na ito sa natural na setting.

Ang dynamic na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga lugar na ito ay binuo sa isang scaffold ng retinotopic coding, na nagdidirekta at tumutukoy sa direksyon at laki ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga recall at perception system sa loob ng neural framework.

Ano ang mga implikasyon?

Hinahamon ng aming mga natuklasan ang mga kumbensyonal na pananaw ng organisasyon ng utak…isang ibinahaging retinotopic code sa pagitan ng externally oriented (perceptual) at internally oriented (mnemonic) na mga bahagi ng utak na bumubuo sa kanilang kapwa aktibidad.”

Ang mga naka-link na lugar na ito ay bumubuo ng isang magkasanib na hanay ng mga nakapares na mnemonic o memory-linked at perceptual na mga lugar na nagpapakita ng magkasalungat na mga tugon sa mga partikular na rehiyon. Ang mga functionally na nauugnay na lugar na ito ay nagpapakita ng gayong mga tugon kapwa sa panahon ng perception, kung saan dinadala ang impormasyon sa utak para sa pagproseso, at paggunita, kapag ang nakaimbak na impormasyon ay nakuha.

Kahit na sa mataas na antas ng pagproseso ng utak, ang mga visual na input mula sa kapaligiran ay malinaw na namamapa sa mga partikular na lugar sa pamamagitan ng inverted retinotopic code. Mapapabuti nito ang pag-unawa sa kung paano gumagana ang DMN sa panahon ng mga gawaing nakadirekta sa labas.

Ang karagdagang pananaliksik ay kinakailangan upang tukuyin ang lawak kung saan ginagabayan ng retinotopic coding ang mga ganitong uri ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng perceptual at mnemonic neural area at kung ang mga ito ay pinaghihigpitan sa mga eksena o umaabot sa lahat ng mga lugar sa cortex.