Hirnforschung und Tierversuche

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Signalprozessierung und Signalinterpretation

Wie die Phase langsamer LFPs den Informationsgehalt von Spikes steigert.
Wie die Phase langsamer LFPs den Informationsgehalt von Spikes steigert.
Die Reaktionen individueller Neuronen auf identische Wiederholungen eines sensorischen Stimulus sind höchst variabel. Das Gehirn kann jedoch auf der Basis einzelner Ereignisse Informationen prozessieren und Entscheidungen treffen, d. h. es kann aus den verrauschten Botschaften individueller Neuronen einen Sinn entnehmen, durch Evaluierung der Aktivität von Populationen und durch die Zusammenführung der Informationen, die von verschiedenen Aspekten der neuronalen Aktivität und verschiedenen Netzwerken getragen werden. Wie das Gehirn zu einer solchen stabilen Repräsentation sensorischer Ereignisse kommt, selbst mit verrauschten Rechenelementen, gehört zu den zentralen Fragen der Neurowissenschaft, die es noch anzugehen gilt.

In der nebenstehenden Abbildung wird gezeigt wie die Phase langsamer LFPs den Informationsgehalt von Spikes steigert. Die obere Tafel zeigt Bildspuren von Delta-Band (1-4Hz) des lokalen Feldpotenzials (LFP) vom primären visuellen Affenkortex im Verlauf von fünf Präsentationen eines naturalistischen Farbfilms. Die zentrale Tafel ist ein Rasterbild aus Spike-Zeiten, entstanden aus 30 wiederholten Filmvorführungen (die Spikezeiten sind durch Punkte angezeigt und nach der entsprechenden LFP-Phase koloriert). Die untere Tafel stellt die augenblickliche Spike-Rate dar (im Durchschnitt aller Versuche). Die grün und blau markierten Filmszenen lassen sich viel besser voneinander unterscheiden, wenn man die Phase des Feuerns nimmt (d. h. indem man die Farbe der Spikes im Raster berücksichtigt) und nicht die Spike-Rate. Die zusätzliche Information aus der Phase des Feuerns ist von entscheidender Bedeutung für die Unterscheidung von Stimuli, die hohe Spike-Raten ähnlicher Magnitude hervorrufen.

Literatur

1. Belitski, A., A. Gretton, C. Magri C, Y. Murayama, M. A. Montemurro, N. K. Logothetis, S. Panzeri: Low-frequency Local Field Potentials and Spikes in Primary Visual Cortex Convey Independent Visual Information. Journal of Neuroscience 28, 5696–5709 (2008).
2. Montemurro, M. A., M. J. Rasch, Y. Murayama, N. K. Logothetis, S. Panzeri: Phase-of-firing Visual Stimuli in Coding of Natural Primary Visual Cortex. Current Biology 18, 375–380 (2008). '
3. Mazzoni, A., S. Panzeri, N. K. Logothetis, N. Brunel: Encoding of Naturalistic Stimuli by Local Field Potential Spectra in Networks of Excitatory and Inhibitory Neurons. PLOS Comput. Biol., 21000239 (2008).
4. Berens, P., G. A. Keliris, A. S. Ecker, N. K. Logothetis, A. S. Tolias: Comparing the Feature Selectivity of the Gammaband of the Local Field Potential and the Underlying Spiking Activity in Primate Visual Cortex. Frontiers in System Neuroscience 2, 1–11 (2008).
Last updated: Mittwoch, 10.09.2014