Invariância ao contraste no wulst visual da coruja-buraqueira, Athene cunicularia
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Christopher Kushmerick
Marcio Flavio Dutra Moraes
Marcio Flavio Dutra Moraes
Resumo
A seletividade à orientação é uma propriedade chave dos neurônios no córtex visual primário (V1). Apesar dos 50 anos de consideráveis esforços em pesquisas, os mecanismos subjacentes a esta propriedade ainda são temas de discussões. O fato de a seletividade à orientação ser mantida apesar de amplas variações no contraste do estímulo, fenômeno denominado como invariância ao contraste, é considerado uma parte essencial nas evidências experimentais que limitam os possíveis modelos de seletividade. No presente estudo, nós investigamos se a invariância ao contraste é também presente em um modelo que é evolutivamente distante, embora funcionalmente comparável, de V1, chamado de wulst visual da coruja. Um total de 76 células foram isoladas em 5 corujas-buraqueiras alertas (Athene cunicularia), usando técnicas padrões de registros extracelulares. Os estímulos utilizados eram grades senoidais variando em contraste (10%, 30% e 90%) e direção do movimento (n=16, 22,5° passos). As curvas de seletividade à orientação/direção foram caracterizadas com ajustes por meio da soma de duas funções von Mises à média das respostas usando métodos interativos padrões de mínimos quadrados. Nós encontramos pequenas, porém significativas, alterações na média das larguras de banda (LB), ao aumentar o contraste. Este efeito, entretanto, não é compatível com o conceito do efeito iceberg (alargamento da largura de banda devido a um aumento no potencial de membrana) uma vez que não foram encontradas correlações positivas entre o ganho da LB e o ganho da resposta. Não há mudanças significativas na orientação preferida e uma mudança muito modesta foi encontrada na reescala das curvas. Também encontramos que a seletividade à direção não é invariante ao contraste. Células não-direcionais em altos contrastes significativamente aumentam suas taxas de reposta para uma direção específica do movimento quando estimulada em baixos contrastes. Tomados em conjunto, nossos resultados indicam que o contraste tem um pequeno impacto na precisão das curvas de seletividade a orientação. Os desafios futuros consistem em entender as implicações funcionais de tais achados
Abstract
Selectivity for stimulus orientation is a key emergent property of neurons in the mammalian primary visual cortex (V1). Despite 50 years of considerable research efforts, the mechanisms underlying this property are still a matter of ongoing debates. The fact that orientation-tuning precision is maintained despite wide variations in stimulus contrast, a phenomenon known as contrast invariance, has been considered as an essential piece of experimental evidence to constrain possible models of orientation selectivity. In the present study, we investigate whether contrast invariance is also present in a model system that is evolutionary distant, albeit functionally comparable, from V1, namely the owl visual wulst. A total of 76 cells were isolated in five awake burrowing owls (Athene cunicularia), using standard extracellular recording techniques. Test stimuli were optimal sine-wave gratings varying in both contrast (10%, 30% and 90%) and direction of drift (n=16, 22,5° steps). Orientation/direction tuning was characterized by fitting the sum of two von Mises functions to mean responses using standard iterative least-square methods. We found that average tuning bandwidths slightly, but significantly, increased with contrast. This effect was however not compatible with the iceberg-effect concept (broadening of tuning width due to a membrane potential increase) since no positive correlation between bandwidth and response gains were found. There was no significant shift in preferred orientation and a very modest re-scaling of tuning curves. We also found that directional tuning was not contrast invariant. Cells weakly directional at high contrast significantly increased their response rate for specific direction of movement when stimulated with low-contrast gratings. Altogether, our results indicate that contrast has a small impact on the orientation-tuning precision of wulst neurons. The challenge for future research will be to understand the functional implications of these findings
Assunto
Coruja, Telencéfalo, Fisiologia, Cérebro Evolução
Palavras-chave
evolução do cérebro, seletividade a orientação, telencéfalo visual de aves, Coruja-buraqueira, invariância ao, contraste