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Title: Grating stimuli do bias our concepts on cortical gamma synchronization: a study in capuchin monkey V1
Authors: Rocha, Kátia Simone de Araújo Nóbrega
Keywords: Gama;Sincronização;V1;Percepção visual;Macaco-prego
Issue Date: 31-Aug-2017
Citation: ROCHA, Kátia Simone de Araújo Nóbrega. Grating stimuli do bias our concepts on cortical gamma synchronization: a study in capuchin monkey V1. 2017. 75f. Dissertação (Mestrado em Neurociências) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Portuguese Abstract: Cortical gamma oscillations (30 - 90 Hz) have been implicated in various cognitive processes, such as perceptual binding and attention. So far, most evidence in support of this hypothesis is based on studies that used artificial and simplified stimuli, such as moving gratings and bars. Recently, experimental work using natural images led to conflicting conclusions. In a paradigm that required human subjects to maintain fixation, electrocorticogram signals (ECoG) showed gamma for grating stimuli but not for static images or pink noise (Hermes et al., 2015). On the contrary, analysis of ECoG in the early visual cortex of macaque monkeys revealed strong gamma components for free viewing of natural scenes (Brunet et al., 2015). Here, we aim to clarify these discrepancies using a paradigm that allowed direct comparisons between fixation vs. free viewing conditions, for both simplified stimuli (moving and static gratings) and natural scenes (static and moving images). Recordings of spiking activity and local field potentials (LFPs) were obtained from the central and the peripheral representations of V1. Our results show that in capuchins (N= 3 monkeys), as previously described in macaques and humans, gamma is characteristically strong when stimulus parameters, such as size, orientation, and speed are set at to optimal values. Comparisons between fixation vs. free viewing conditions and gratings vs. natural stimuli revealed that gamma is always high for optimal grating stimuli, regardless of viewing condition (N= 93 recording sites, 2 monkeys). However, gamma is surprisingly absent during free viewing of natural images and movies. Similar negative findings were also obtained when the monkeys were exposed to real-world scenes, such as objects and other animals in the laboratory. The present results suggest that strong, narrow-band, gamma responses in V1 are primarily associated with the selective activation of cell populations sharing similar response properties. Therefore, gamma may be seen as a resonance phenomenon of the underlying cortical connectivity. Overall, our results belittle the importance of gamma as a critical cortical mechanism for vision.
Abstract: As oscilações corticais gama (30 - 90 Hz) têm sido implicadas em processos cognitivos como a ligação perceptual e a atenção. Até agora, a maioria das evidências que servem de suporte para esta hipótese é baseada em e s t u d o s a p a r t i r do uso de e s t í m u l o s s i m p l e s e artificiais, como grades e barras luminosas. Recentemente, no entanto, estudos experimentais utilizando imagens naturais levaram a conclusões conflitantes. Em um paradigma em humanos que requeria fixação mantida, sinais eletrocorticográficos (ECoG) mostraram gama para grades, mas não p a r a imagens e s t á t i c a s ou r u í d o r o s a (Hermes e t a l . , 2 0 1 5 ) . Contrariamente, a análise dos sinais ECoG no córtex visual de macacosreso revelou fortes componentes gama para a livre observação de cenas naturais (Brunet et al., 2015). Neste estudo, temos por objetivo esclarecer essas discrepâncias utilizando-se de um paradigma que permitiu comparações diretas entre uma condição de fixação vs. uma condição de observação livre, tanto para estímulos simplificados (grades móveis e e s t á t i c a s ) q u a n t o p a r a c e n a s n a t u r a i s ( i m a g e n s e s t á t i c a s e em movimento). Registros de potenciais de ação e de potenciais de campo locais (LFPs) foram obtidos para a representação central e periférica de V1. Nossos resultados demonstram que em macacos-capuchinhos (N = 3), como descrito anteriormente para macacos-reso e humanos, a gama é caracteristicamente forte, sempre que os parâmetros do estímulo, como tamanho, orientação e velocidade, são definidos para a ativação ótima das células. Comparações entre condições de fixação e de livre observação e grades vs. estímulos naturais revelaram que a gama é sempre forte para grades de orientação ótima, independentemente da condição de visualização (N = 93 sítios de registro, 2 macacos). No entanto, a gama está surpreendentemente ausente durante a livre visualização de imagens e filmes naturais. Achados negativos semelhantes também foram obtidos quando os macacos foram expostos a cenas do mundo real, como objetos e outros animais no laboratório. Os presentes resultados sugerem que, no córtex visual primário, a atividade gama é principalmente associada à ativação seletiva de populações neuronais que compartilham propriedades de resposta similares. Portanto, a gama pode ser vista como um fenômeno de ressonância da conectividade cortical subjacente. Em geral, nossos resultados minimizam a importância da gama como um mecanismo cortical chave para a visão.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24605
Appears in Collections:PPGNEURO - Mestrado em Neurociências

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