Die inferotemporal cortex ist der Schlüssel zur Differenzierung zwischen Objekten

Die inferotemporal cortex ist der Schlüssel zur Differenzierung zwischen Objekten

2019-03-14

Als visuelle information fließt in das Gehirn über die Netzhaut, den visuellen Kortex verwandelt sich der sensorische input in kohärente Wahrnehmungen. Neurowissenschaftler haben lange vermutet, dass ein Teil des visuellen Kortex genannt inferotemporal (ES) Kortex ist notwendig für die wichtigste Aufgabe zu erkennen einzelner Objekte, aber die Beweise waren nicht schlüssig.

In einer neuen Studie, MIT-Neurowissenschaftler haben fand klare Beweise dafür, dass die IT-Kortex ist in der Tat erforderlich, die für die Objekterkennung; Sie fand auch, dass eine Teilmengen dieser region verantwortlich sind für die Unterscheidung von verschiedenen Objekten.

Darüber hinaus entwickelten die Forscher rechnerische Modelle, die beschreiben, wie diese Neuronen verwandeln visual input in eine mentale Repräsentation eines Objekts. Sie hoffen, dass solche Modelle werden schließlich helfen Sie, die Entwicklung von brain-machine-interfaces (BMIs), die verwendet werden könnte für Anwendungen wie die Erzeugung von Bildern in der Seele einer blinden person.

„Wir wissen nicht, ob das möglich sein wird, noch nicht, aber dies ist ein Schritt auf dem Weg in Richtung auf diese Arten von Anwendungen, über die wir nachdenken“, sagt James DiCarlo, der Leiter des MIT Department of Brain and Cognitive Sciences, Mitglied des McGovern Institut für Hirnforschung, und der senior-Autor der neuen Studie.

Rishi Rajalingham, postdoc am McGovern-Institut, ist der führende Autor des Papiers, das erscheint in der März-13-Ausgabe von Neuron.

Markanter Objekte

Neben seiner vermuteten Rolle in der Objekterkennung, die ES cortex enthält auch „patches“ von Neuronen, die reagieren bevorzugt auf Gesichter. Zu Beginn der 1960er Jahre, Neurowissenschaftler entdeckt, dass Schäden an der IT-Kortex produzieren könnten Beeinträchtigungen im erkennen von nicht-Gesicht-Objekte, aber es war schwierig, präzise zu bestimmen, wie wichtig die IT-cortex ist für diese Aufgabe.

Das MIT-team finden Sie mehr endgültigen Beweise für die IT-Kortex, die Rolle in der Objekterkennung, die von selektiv abschalten der neuronalen Aktivität in sehr kleine Bereiche des cortex und dann Messen, wie der Unterbrechung betroffenen ein-Objekt-Diskriminierung Aufgabe. Bei Tieren, die ausgebildet worden war, zu unterscheiden zwischen Objekten, wie Elefanten, Bären, und Stühle, die Sie verwendet ein Medikament namens muscimol, um vorübergehend deaktivieren Teilregionen etwa 2 Millimeter im Durchmesser. Jeder dieser Bereiche entspricht etwa 5 Prozent des gesamten IT-cortex.

Diese Experimente, die für das erste mal, dass Forscher in der Lage gewesen, zu schweigen, wie kleine Regionen des IT-Kortex während der Messung von Verhalten im Laufe der vielen Objekt-Diskriminierung, ergab, dass die IT-Kortex ist nicht nur notwendig für die Unterscheidung zwischen Objekten, aber es ist auch in Gebiete unterteilt, die Handhabung der verschiedenen Elemente der Objekt-Erkennung.

Die Forscher fanden, dass Inaktivierung jedes dieser winzigen Flecken produziert ausgeprägte Beeinträchtigungen in den Tieren mit der Fähigkeit zu unterscheiden zwischen bestimmten Objekten. Zum Beispiel, einer subregion beteiligt sein könnten, zu unterscheiden Stühle aus den Autos, aber keine Stühle von Hunden. Jede region beteiligt in 25 bis 30 Prozent der Aufgaben, die die Forscher testeten, und Regionen, die näher zu einander neigten, mehr überschneidungen zwischen Ihre Funktionen, während die Regionen, die weit von einander entfernt hatten wenig überlappen.

„Wir haben vielleicht gedacht, es als ein Meer von Neuronen, die sind komplett zusammen gemischt, außer für diese Inseln „face-patches“. Aber was wir finden, was viele andere Studien hatten darauf hingewiesen, dass es grosse Organisation in der gesamten region,“ Rajalingham sagt.

Die Merkmale, die jede dieser Regionen reagieren, um die schwer einzuordnen sind, sagen die Forscher. Die Regionen sind nicht auf bestimmte Objekte wie Hunde, noch einfach zu beschreiben visuelle features wie geschwungenen Linien.

„Es wäre falsch zu sagen, dass, weil wir beobachtet haben, ein Defizit in der Unterscheidung von Autos, wenn ein bestimmtes neuron gehemmt wurde, dies ist eine“ Auto-neuron,'“ Rajalingham sagt. „Statt, die Zelle reagiert auf eine Funktion, die wir nicht erklären können, ist nützlich für Auto Diskriminierungen. Es wurde die Arbeit in diesem Labor und andere, die schlägt vor, dass die Neuronen reagieren auf komplizierte nichtlineare Funktionen der input-Bild. Sie können nicht sagen, es ist eine Kurve oder eine gerade Linie, oder ein Gesicht, aber es ist ein visuelles Merkmal, das besonders hilfreich bei der Unterstützung, die Besondere Aufgabe.“

Übels Conway, ein principal investigator an der National Eye Institute, sagt die neue Studie macht erhebliche Fortschritte in Richtung auf die Beantwortung der wichtigen Frage, wie neuronale Aktivität in der IT-Kortex produziert Verhalten.

„Das Papier macht einen großen Schritt voranbringen unser Verständnis in diesem Zusammenhang, indem er zeigt, dass die Blockierung der Aktivität in den verschiedenen kleinen lokalen Regionen hat ES eine unterschiedliche selektive Defizit für visuelle Diskriminierung. Diese Arbeit Fortschritte, die unsere Kenntnisse nicht nur der kausale link zwischen neuronaler Aktivität und Verhalten, sondern auch die funktionale Organisation der IT: Wie das bisschen Gehirn angelegt ist“, sagt Conway, wer war nicht in der Forschung beteiligt.

Gehirn-Maschine-Schnittstelle

Die experimentellen Ergebnisse waren konsistent mit Modellrechnungen, DiCarlo, Rajalingham, und andere in Ihrem Labor erstellt haben, um zu versuchen zu erklären, wie ES cortex neuron Aktivität erzeugt bestimmte Verhaltensweisen.

„Das ist interessant, nicht nur, weil es sagt, dass die Modelle gut sind, sondern weil es impliziert, dass wir eingreifen könnte, mit diesen Nervenzellen und schalten Sie Sie ein und aus,“ DiCarlo sagt. „Mit besseren Werkzeugen, konnten wir sehr große perzeptive Wirkung und die Reale BMI in diesem Raum.“

Die Forscher planen, weiter verfeinern Ihre Modelle, wobei neue experimentelle Daten aus noch kleineren Populationen von Neuronen, in der Hoffnung, die Entwicklung von Möglichkeiten zu generieren, visuelle Wahrnehmung, bei einer person das Gehirn durch die Aktivierung einer bestimmten Abfolge von neuronaler Aktivität. Technologie liefern diese Art von input, um eine person Gehirn könnte neue Strategien zu helfen, blinde Menschen sehen bestimmte Objekte.