Codificação neural de estímulos visuais ecologicamente realísticos
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Antônio de Padua Braga
Eduardo Mazoni Andrade Marçal Mendes
Eduardo Mazoni Andrade Marçal Mendes
Resumo
Neurônios de áreas visuais, como células simples e complexas de V1, possuem respostas eletrofisiológicas distintas quando estimuladas com imagens de cena naturais em comparação às respostas devido a estímulos artificiais. Além do resultado já conhecido sobre a supressão causada pelo contorno no Campo Receptivo Clássico (CRC) quando as células são estimuladas com estímulos artificiais, sabemos também que a seletividade (sparseness) da resposta aumenta como um todo para as cenas naturais.
Enquanto vários estudos foram feitos principalmente em mamíferos, como primatas e felinos, pouco se sabe sobre essa diferença da dinâmica eletrofisiológica em aves. Neste trabalho buscamos entender como a resposta eletrofisiológica de neurônios do wulst visual de corujas, que possuem fisiologia semelhante às células de V1 em primatas, se caracterizam em relação a seletividade e a modulação centro-contorno quando estimuladas com cenas naturais.
Assim sendo, realizamos dois experimentos afim de entender como a estrutura temporal (primeiro experimento) e espacial (segundo experimento) de um filme com cenas ecologicamente realísticas se apresentam na atividade neuronal.
No primeiro experimento, apresentamos à coruja um mesmo filme, em tela cheia, em duas direções temporais: direta e reversa. No segundo experimento, usamos estímulos de filmes de cena natural que cobriam somente o CRC ou o CRC juntamente com o CREC (Campo Receptivo Extra-Clássico).
No primeiro experimento, ao invertermos as trilhas obtidas com o filme reverso e calcularmos a entropia do método Metric Space junto com as trilhas do filme direto percebemos um aumento significativo na maioria dos protocolos, o que indica que algumas células possuem grande sensibilidade à estrutura temporal do estímulo, enquanto que outras mostram ser sensíveis apenas ao aspecto espacial da imagem.
No segundo experimento, percebemos um aumento na seletividade, ao estimularmos o CREC, juntamente com uma facilitação da resposta neural, na grande maioria dos casos.
Concluimos que a atividade neural da célula complexa pode integrar sinais de entrada em diferentes períodos de tempo, não sendo possível no presente trabalho medir a exata magnitude desse período. E em contrapartida às outras espécies comumente estudadas, a célula complexa da coruja aumenta seu gasto metabólico ao provocar facilitação durante a estimulação do CREC, o que é representado pelo aumento da atividade.
Abstract
Neurons of visual areas, such as simple and complex cells of V1, have distinct
electrophysiological responses when stimulated with natural scene images compared to
responses due to artificial stimuli. In addition to the already known result on suppression
caused by the contour in the Classical Receptive Field (CRF) when cells are stimulated
with artificial stimuli, we also know that the selectivity (sparseness) of the response
increases as a whole for natural scenes.
While several studies have been done mainly in mammals, such as primates and
felines, little is known about this difference in electrophysiological dynamics in birds. In
this work we seek to understand how the electrophysiological response of neurons of
the visual wulst of owls, which have physiology similar to V1 cells in primates, are
characterized in relation to selectivity and center contour modulation when stimulated
with natural scenes.
Therefore, we carried out two experiments in order to understand how the
temporal (first experiment) and spatial (second experiment) structure of a film with
ecologically realistic scenes are presented in neuronal activity.
In the first experiment, we present to the owl the same film, in full screen, in two time
directions: direct and reverse. In the second experiment, we used stimuli from natural
scene films that covered only the CRF or CRF together with ECRF (Extra Classical
Receptive Field).
In the first experiment, by reversing the tracks obtained with the reverse film and
calculating the entropy of the Metric Space method along with the direct film tracks we
noticed a significant increase in most protocols, which indicates that some cells have
great sensitivity to the temporal structure of the stimulus, while others show to be
sensitive only to the spatial aspect of the image.
In the second experiment, we noticed an increase in selectivity, when we
stimulated ECRF, along with a facilitation of neural response, in the vast majority of
cases.
We conclude that the neural activity of the complex cell can integrate input
signals in different periods of time, and it is not possible in the present study to measure
the exact magnitude of this period. And in contrast to the other species commonly
studied, the owl’s complex cell increases its metabolic expenditure by causing
facilitation during ECRF stimulation, which is represented by increased activity.
Assunto
Neurociências, Entropia, Wulst visual da coruja, Percepção visual, Estimulação neural, Neurônios
Palavras-chave
seletividade, fidedignidade, entropia, campo receptivo, wulst visual, célula complexa, V1