Фундаментальная цель когнитивной нейробиологии — понять, как кодируется информация и механизмы, повышающие эффективность кодирования в мозге. Регулирование ковариабельности ответа в популяции нейронов может значительно повысить эффективность кодирования.

Однако человеческий мозг представляет собой иерархическую нервную систему, и неясно, как внимание модулирует ковариабельность нейронных реакций в различных функциональных областях. Более того, нервный путь , который регулирует такую ​​модуляцию ковариабельности , также неизвестен.

Чтобы ответить на эти вопросы, д-р. Хэ Шэн, Чжан Цзедун и Цзян Юн из Института биофизики (ИБП) Китайской академии наук использовали магнитно-резонансную томографию сверхсильного поля (7Т МРТ) для получения функциональных сигналов высокого разрешения от зрительной коры человека при различных условиях. состояния внимания. Их результаты показывают влияние модуляции внимания на ковариабельность нейронных реакций и связанные с ними вычислительные принципы.

Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences 9 октября.

Исследователи обнаружили надежное нейронное кодирование экспериментальных стимулов как в первичной зрительной коре (V1), так и в высшей зрительной коре ( задней теменной коре , PPC). Однако модуляция внимания ковариабельности нервных ответов наблюдалась только в V1, но не в PPC.

Путем дальнейшего анализа они обнаружили, что вклад ковариативности в кодирование информации был разным в двух регионах. В V1 вычислительное удаление ковариации в нейронной активности значительно повышало эффективность кодирования информации, но в PPC та же манипуляция почти не влияла на кодирование информации. Это объясняет, почему внимание по-разному регулирует нервные реакции в двух регионах.

Чтобы дополнительно прояснить связь между ковариабельностью ответа и нейронным кодированием, исследователи изучили передачу нейронной информации между зрительной корой и теменными областями. Они обнаружили, что внимание значительно усиливает переход от многомерного кодирования в V1 к низкоразмерному кодированию в PPC. Это открытие предполагает, что размерность кодирования информации в различных областях мозга может определять взаимосвязь между ковариабельностью ответа и эффективностью нейронного кодирования.

Наконец, исследователи обнаружили, что, хотя ковариабельность в PPC не модулируется вниманием, ее нейронные реакции могут предсказывать амплитуду модуляции ковариабельности в V1, раскрывая нисходящий регуляторный путь этого механизма нейронной модуляции.

Механизмы мозга для повышения эффективности кодирования информации сложны. «Наше исследование дает важную информацию о том, как мозг координирует функциональные области на разных этапах обработки информации на системном уровне и повышает чувствительность восприятия путем регулирования ковариабельности в определенных популяциях нейронов», — сказал Хэ Шэн из IBP, автор исследования.