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生物学策略揭示了有效的大脑回路如何自发发展

KAIST团队的数学模型表明,皮质贴图的地形图拼贴源自外围的自下而上投影。

研究人员已经解释了如何在大脑的视觉皮层中自动生成规则结构的地形图,从而有效地处理视觉信息。这项研究提供了一个新的框架,用于了解早期发育阶段视觉皮层中的功能架构。

由生物和脑工程学系的Se-Bum Paik教授领导的KAIST研究小组证明,周边视网膜马赛克的正交组织被镜像到初级视觉皮层上,并启动了大脑较高视觉区域的聚集拓扑。

这项新发现为有效地平铺感觉模块的脑电路生物学策略的基础机制提供了高级见解。该研究于1月5日发表在Cell Reports中。

在高等哺乳动物中,初级视觉皮层被组织成各种功能图,以进行神经调节,例如眼部优势,方向选择性和空间频率选择性。已经观察到不同地图的地形之间的相关性,这表明它们的系统组织是有效地平铺整个皮质区域的感觉模块。

这些观察结果表明,可能存在开发单个功能图的通用原则。但是,尚不清楚这种地形组织如何在各种物种的主要视觉皮层中自发出现。

研究团队发现,大脑初级视觉皮层中的正交组织起源于自下而上的前馈投影中的空间组织。研究小组表明,视网膜镶嵌物中已经存在感觉模块之间的正交关系,并且这种关系被镜像到主要的视觉皮层上,以启动簇状地形。

通过分析猫和猴子的视网膜神经节细胞镶嵌数据,研究人员发现,开-关前馈传入的结构被组织成一个地形图块,类似于皮质调整图的正交交点。

此外,研究小组对先前在猫身上收集的数据进行的分析还表明,主要视觉皮层中的眼部优势,方向选择性和空间频率选择性与视网膜输入的空间特征相关,这意味着有效的皮层区域平铺可以源于规则的视网膜结构。

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