Adaptivity of Sensory Representations in the Adult Visual Cortex

Die sich entwickelnden sensorischen Areale des Gehirns werden geformt durch eine Kombination von Umwelteinflüssen und generischen Faktoren. Experimentelle Studien haben jedoch gezeigt, dass sie auch im adulten Tier erstaunlich adaptiv sind. Wie untersuchen die Repräsentation visueller Information im visuellen Kortex höherer Säugetiere mit dem Ziel, diese Adaptivität zu erklären. Zuerst untersuchen wir die Orientierungsselektivität im primären visuellen Kortex (V1). Durch Kombination von aktuellen Messungen mit unseren Modellstudien werden wir das dynamische Regime der rekurrenten Netzwerke in V1 als ein durch ausbalancierte rekurrente Erregung und Hemmung ausgezeichnetes Regime charakterisieren. Wir tragen somit wesentlich dazu bei, die Frage nach der Berechnung der Orientierungsselektivität in V1 zu beantworten. In einer zweiten Modellstudien untersuchen wir die neuronalen Schaltkreise in der Sehrinde hinsichtlich räumlicher Kontexteffekte. Wir tragen erneut aktuelle anatomische und physiologische Messungen zusammen, die dann als Randbedingungen für unser Modell verwendet werden. Verglichen mit dem Modell zur Orientierungsselektivität bezieht sich das hier entwickelte Modell auf größere Netzwerke in der Sehrinde. Frühere Modelle habe Kontexteffekte – wie beispielsweise die Figur-Hintergrund-Trennung – durch rekurrente Netzwerke innerhalb von V1 erklärt. Wir jedoch modellieren das Areal V1, ein Areal des visuellen Kortex auf einer höheren Verarbeitungsstufe sowie die Interaktion zwischen beiden Arealen, weil in unserem Modell die Kontexteffekte über eine dynamische Interaktion von zwei Arealen des visuellen Kortex erklärt werden. Mit dem Modell wurde bereits eine Vorhersage für einen neuen Kontexteffekt gemacht, die in physiologischen Experimenten unserer Kooperationspartner (AG Angelucci, University of Utah, USA) bestätigt wurde. In einer dritten Modellstudie betrachten wir ein generisches Modell einer Hyperkolumne und fragen, wie einzelne von vier ausgesuchten Mechanismen 'optimal' adaptiert werden müssen, um die Repräsentation einfacher visueller Stimuli zu verbessern. Wir zeigen, dass die vorhergesagten Veränderungen von Tuning-Funktionen vom betrachteten Mechanismus abhängen. Insbesondere konnten wir die Änderungen der Tuning-Funktionen, die mit den beiden zunächst sehr unterschiedlichen Phänomenen “perzeptuelles Lernen” und “räumliche Aufmerksamkeit” einhergehen, durch das gemeinsame Prinzip der optimalen Kodierung erklären. Die experimentell beobachteten Unterschiede in den Änderungen der Tuning-Funktionen sind durch die unterschiedlichen Mechanismen bedingt, die dem jeweiligen Phänomen zu Grunde liegen. Mit anderen Worten, werden biologisch realistische Randbedingungen angenommen, dann ist nicht jede optimale Veränderung der Repräsentation visueller Information durchführbar. Eine Schlussfolgerung aus dieser Studie ist es, dass es offenbar häufig Kompromisse zwischen Optimalität der Repräsentation und durch die Mechanismen vorgegebenen Randbedingen gibt. Dies sollte bei der Interpretation experimenteller Befunden stärker berücksichtigt werden. In einer vierten Modellstudie wurde untersucht, welche funktionale Interpretation von aufgabenspezifischen Repräsentationen im visuellen Kortex angemessen ist. Wir modellieren eine einfache “Go-No Go”-Aufgabe. Hier hängt die korrekte Verhaltensreaktion auf einen visuellen Stimulus vom Kontext ab. Der Kontext verändert jedoch die Repräsentation im visuellen Kortex. Wir schlagen vor, dass solche Phänomene als ein “Umprogrammieren” des visuellen Kortex zu betrachten sind, damit die errechneten Repräsentationen für die gleichen neuronalen Auslesestrukturen verwendbar bleiben, obwohl sich der Kontext geändert hat. Wir vergleichen unsere Sichtweise mit Alternativen und skizzieren Experimente, die zwischen unserer Sichtweise und den Alternativen unterscheiden könnten.

Author dc:creator

• Schwabe, Lars

Advisor dc:contributor.advisor

• Obermayer, Klaus

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-11822
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1297

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/1594