Один биологический фактор предсказывает различные организации коры у млекопитающих
Исследователи объяснили, как зрительная кора развивается уникальным образом у разных видов млекопитающих. Команда под руководством профессора Се-Бума Пэка из KAIST определила единственный биологический фактор — ретино-кортикальное соотношение отображения, — который предсказывает различные организации коры у видов млекопитающих.
Это открытие разрешает давнюю загадку в понимании зрительной нейронауки о происхождении функциональной архитектуры в зрительной коре. Исследование, опубликованное в Cell Reports 10 марта, показывает, что эволюционное изменение биологических параметров может вызывать развитие различных функциональных цепей в зрительной коре даже без видовоспецифичных механизмов развития.
В первичной зрительной коре (V1) млекопитающих нейронная настройка на ориентацию зрительного стимула организована в один из двух различных топографических паттернов:
- У приматов наблюдаются колончатые карты ориентации.
- У грызунов наблюдается организация типа «соль-и-перец».
Чтобы определить фактор, предсказывающий эти различия, исследователи изучили условие, которое генерирует колончатую и «соль-и-перец» организации соответственно. С помощью математической модели они исследовали, как топографическая информация мозаики сетчатки может по-разному отображаться на корковое пространство в зависимости от условий отображения.
Команда доказала, что ретино-кортикальное соотношение прямого отображения коррелирует с корковой организацией каждого вида. Моделирование показало, что различные корковые цепи могут возникать из-за различий в площади V1 и размере мозаики ганглиозных клеток сетчатки (RGC). Математическая модель выборки показывает, что ретино-кортикальное отображение является главным детерминантом топографии корковой организации. Это предсказание было подтверждено анализом нейронных параметров данных восьми филогенетически различных видов млекопитающих.
Кроме того, исследователи доказали, что теорема отсчётов Найквиста с высокой точностью объясняет это параметрическое разделение корковой организации. Модель предсказывает, что организация корковой настройки на ориентацию совершает резкий переход вокруг частоты Найквиста, объясняя, почему наблюдаются либо колончатые, либо «соль-и-перец» организации, но не промежуточные стадии между ними.
Профессор Пэк отметил, что это открытие имеет большое значение для понимания происхождения функциональной архитектуры в зрительной коре и обеспечит широкое концептуальное продвижение, а также углублённое понимание механизмов нейронного развития у эволюционно различных видов.