Decaimento da frequência gama: estudo comparativo entre a retina, o núcleo geniculado lateral e o córtex

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Silva, Luana Dantas da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NEUROCIÊNCIAS
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/45258
Resumo: Gamma oscillations (30 to 90 Hz) has been implicated in cognitive processes such as visual binding (Singer, 1999; Uhlhaas et al., 2009) and attention (Fries, 2001; Gregoriou et al. Pesaran et al., 2002; Montgomery and Buzsáki, 2007; Lima et al., 2011). The communication through coherence hypothesis (CTC), proposed by Pascal Fries (Fries, 2005; Fries, 2009), identifies gamma as a key mechanism for stimulus encoding and control of the flow of information in cortical-cortical systems. Accordingly, experimental work on monkeys has suggested that the modulation of oscillation frequency may be fundamental for establishing coherence, and hence neural communication, for example between cortical areas V1 - V4, and V1 - V2 (Bosman et al, 2012; Roberts et al., 2013). Indeed, non-matching frequencies can be used as distinct channels for information transmission, as suggested between FEF and V4 (Gregoriou et al., 2009) and the hippocampus and the entorhinal cortex (Colgin et al, 2009). Thus, the oscillation frequency is likely a critical parameter for the modulation of gamma oscillations during attentional control. On the other hand, it is also known that gamma frequency depends on stimulus features, such as velocity (Gray et al., 1990; Lima et al., 2010); size (Gieselmann and Thiele, 2008), orientation and contrast (Ray & Mausell, 2015). The eccentricity position in the visual map seems as well determinant for the oscillation frequency, as higher frequencies are systematically seen for receptive fields at the central representation of the visual field as compared to the peripheral representation. Interestingly, gamma frequency is rarely stationary along the course of the responses. In general, oscillation frequency decreases continuously in the first hundreds of milliseconds after stimulus onset. This is a robust phenomenon, observable at different levels of the visual system, for a variety of species (cats, monkeys, humans, mice; see examples in CasteloBranco et al., 1998; Neuenschwander et al., 1999; Van Pelt et al., 2012; Storchi et al., 2017). Although remarkable, this decay in gamma frequency has been mostly ignored, and a possible functional role remains evasive (Fries et al., 2015). Here, we characterize the decay of gamma frequency for a variety of stimulus conditions. Comparisons are made for two systems known to show strong gamma oscillations: (1) the retinogeniculate system of the cat and (2) the primary visual cortex of the monkey. A robust finding is that both the retina and the cortex show pronounced decay in gamma frequency. This is striking since the cortical oscillations are known independent of the rhythms originated in the retina (CasteloBranco et al., 1998; Saleem et al., 2017). Overall, gamma frequency decay was observed for a variety of stimuli and appeared to be independent of the instantaneous firing of the cells. We discuss the possible meaning of a decay in frequency for the current ideas of the role of gamma in stimulus encoding and attentional control.
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Indeed, non-matching frequencies can be used as distinct channels for information transmission, as suggested between FEF and V4 (Gregoriou et al., 2009) and the hippocampus and the entorhinal cortex (Colgin et al, 2009). Thus, the oscillation frequency is likely a critical parameter for the modulation of gamma oscillations during attentional control. On the other hand, it is also known that gamma frequency depends on stimulus features, such as velocity (Gray et al., 1990; Lima et al., 2010); size (Gieselmann and Thiele, 2008), orientation and contrast (Ray & Mausell, 2015). The eccentricity position in the visual map seems as well determinant for the oscillation frequency, as higher frequencies are systematically seen for receptive fields at the central representation of the visual field as compared to the peripheral representation. Interestingly, gamma frequency is rarely stationary along the course of the responses. In general, oscillation frequency decreases continuously in the first hundreds of milliseconds after stimulus onset. This is a robust phenomenon, observable at different levels of the visual system, for a variety of species (cats, monkeys, humans, mice; see examples in CasteloBranco et al., 1998; Neuenschwander et al., 1999; Van Pelt et al., 2012; Storchi et al., 2017). Although remarkable, this decay in gamma frequency has been mostly ignored, and a possible functional role remains evasive (Fries et al., 2015). Here, we characterize the decay of gamma frequency for a variety of stimulus conditions. Comparisons are made for two systems known to show strong gamma oscillations: (1) the retinogeniculate system of the cat and (2) the primary visual cortex of the monkey. A robust finding is that both the retina and the cortex show pronounced decay in gamma frequency. This is striking since the cortical oscillations are known independent of the rhythms originated in the retina (CasteloBranco et al., 1998; Saleem et al., 2017). Overall, gamma frequency decay was observed for a variety of stimuli and appeared to be independent of the instantaneous firing of the cells. We discuss the possible meaning of a decay in frequency for the current ideas of the role of gamma in stimulus encoding and attentional control.As oscilações gama (30 a 90 Hz) têm sido implicadas a processos cognitivos como a ligação visual (Singer, 1999; Uhlhaas et al., 2009) e a atenção (Fries, 2001; Gregoriou et al. Pesaran et al., 2002; Montgomery e Buzsáki, 2007; Lima et al., 2011). A hipótese de Comunicação através da coerência (CTC), proposta por Pascal Fries (Fries, 2005; Fries, 2009), identifica a gama como um mecanismo-chave para a codificação de estímulos e controle do fluxo de informação em sistemas cortico-corticais. Trabalhos experimentais recentes em macacos sugerem que a modulação da frequência de oscilação pode ser fundamental para se estabelecer coerência e, consequentemente, comunicação neural, por exemplo, entre as áreas visuais V1 e V4 ou V1e V2 (Bosman et al, 2012; Roberts et al., 2013). De fato, frequências não correspondentes podem ser utilizadas como canais independentes de transmissão de informação, como sugerido entre o FEF e V4 (Gregoriou et al., 2009), e também o hipocampo (Colgin et al., 2009). Assim, a frequência de oscilação é provavelmente um parâmetro crítico para a modulação das oscilações gama durante o controle atencional. Sabe-se também que a frequência gama depende de características de estímulo, como a velocidade (Gray et al., 1990; Lima et al., 2010); tamanho (Gieselmann e Thiele, 2008), orientação e contraste (Ray & Mausell, 2015). A posição de excentricidade no mapa visual também parece ser determinante para a frequência de oscilação, uma vez que frequências mais elevadas são sistematicamente observadas para campos receptores na representação central do campo visual em comparação com a representação periférica. Curiosamente, a frequência gama raramente é estacionária ao longo do curso das respostas. Em geral, a frequência de oscilação diminui continuamente nas primeiras centenas de milissegundos após o início do estímulo. Este é um fenômeno robusto que pode ser visto nos diferentes níveis do sistema visual (retina-LGN, córtex), em várias espécies (gatos, macacos, humanos, camundongos; ver exemplos em Castelo-Branco et al., 1998; Neuenschwander et al., 1999; Van Pelt et al., 2012; Storchi et al., 2017). Embora notável, este decaimento na frequência gama tem sido amplamente ignorado, e um possível papel funcional permanece evasivo (Fries et al., 2015). No presente estudo, descrevemos o decaimento da frequência gama para uma variedade de condições de estímulo. Comparações são feitas para dois sistemas conhecidos por apresentarem fortes oscilações gama: (1) o sistema retinogeniculado do gato e (2) o córtex visual primário do macaco. Um achado robusto é que tanto a retina como o córtex mostram um decaimento pronunciado na frequência gama. Isto é surpreendente, uma vez que as oscilações corticais são conhecidas independentemente dos ritmos originados na retina (Castelo-Branco et al., 1998; Saleem et al., 2017). Em geral, o decaimento da frequência gama foi observado para uma variedade de estímulos e parecia ser independente do disparo instantâneo das células. Discutimos o significado de um decaimento na frequência a luz das ideias correntes do papel da gama na codificação de estímulos e no controle atencional.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NEUROCIÊNCIASMaciel, Sérgio Tulio NeuenschwanderSchmidt, Kerstin ErikaBaron, Jerome Paul Armand LaurentSilva, Luana Dantas da2021-12-07T23:10:01Z2021-12-07T23:10:01Z2018-12-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSILVA, Luana Dantas da. Decaimento da frequência gama: estudo comparativo entre a retina, o núcleo geniculado lateral e o córtex. 2018. 43f. Dissertação (Mestrado em Neurociências) - Instituto do Cérebro, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/45258info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2022-05-02T15:51:46Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/45258Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2022-05-02T15:51:46Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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