Фронтальная кора гибко адаптирует латентные структурные репрезентации

Инфралимбическая кора (ИЛ) описана как как способствующая, так и завершающая поведенческому поиску вознаграждения, однако обе функции, похоже, являются взаимоисключающими. Мы разрешаем это противоречие, предлагая дуальную ансамблевую модель: одну для предсказания действия-результата и другую для коррекции предсказания. С использованием долговременной минископической визуализации у крыс мы показываем, что в ходе обучения ансамбль предсказателей действия-результата усиливает свою активность, подавляя большинство нейронной популяции ИЛ. По мере стабилизации ситуации энтропия уменьшается, что отражает уточненную предсказательную модель. Во время угасания ансамбль коррекции предсказаний активируется в ответ на отсутствие вознаграждения. Компьютерное моделирование, основанное на этих двух ансамблях, успешно воспроизвело наши экспериментальные результаты. Эта структура объединяет конфликтующие модели, где манипуляции с ИЛ могут либо ускорять, либо полностью прекращать угасание, демонстрируя, что активность ИЛ динамически кодирует предсказательную точность. Наши результаты указывают на то, что ИЛ функционирует как предсказатель действия-результата, элегантно направляющий поведенческую гибкость.

Уточнение взаимосвязи между структурой и функцией важно для понимания работы мозга. В Drosophila melanogaster доступны данные о соединениях, полученные с помощью электронной микроскопии на основе FlyEM и FlyWire, а также данные о кальциевом изображении всего мозга. Мы применили методы предварительной обработки из функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) к данным о кальциевом изображении всего мозга и всесторонне исследовали оптимальные параметры. Затем мы обнаружили, что корреляция между функциональной и структурной связностью (FC-SC) линейно снижается с увеличением количества регионов интереса, и эта тенденция была одинаковой как у мушек, так и у людей. Мы также разработали новый, более надежный метод для количественной оценки степени пред- и постсинаптической сегрегации и исследовали это в мозге мух. Это показало, что многие нейроны имеют несегрегированные синапсы. Мы извлекли высоко несегрегированные синапсы и сравнили их с случайно извлеченными нулевыми матрицами SC. Их корреляция FC-SC была значительно выше, что указывает на то, что эти синапсы хорошо способствуют FC. Напротив, высоко сегрегированные синапсы показали значительно более низкую корреляцию FC-SC и меньше способствуют FC. Нейроны с несегрегированными синапсами, подобные неимпульсным нейронам, распределены по всему мозгу и считаются важными для FC.

Классические нейробиологические модели человеческой речи и языка подчеркивали доминирующую роль височной доли в восприятии речи, тогда как премоторные области, включая вентральную премоторную кору (PMv), находятся на уровне артикуляционной обработки. Однако нарастающие доказательства из нейровизуализации, клинических и вычислительных исследований предполагают, что премоторная кора может играть более значимую роль в обработке речи, чем артикуляция. Точная степень и функциональная организация этих связей, связанных с речью, остаются неясными. В этом исследовании мы объединили естественное восприятие речи с вычислительными модельными методами для характеристики организации речевых представлений в PMv. Мы функционально локализовали кортикальную область, которая охватывает ранее описанные премоторные речевые области, которую мы называем премоторной языковой областью (PML). Используя акустические, фонемные, семантические и глубокие нейронные представления речи, мы выяснили, что PML содержит представления, охватывающие всю иерархию обработки речи, от низкоуровневых акустических признаков до высокоуровневой семантической информации. Эти представления располагаются вдоль гладкого задне-переднего градиента, с все более абстрактными речевыми представлениями, возникающими по мере продвижения к передней части PML. Более того, этот организационный градиент соответствует канонической иерархии обработки речи в височных слуховых областях. Эти результаты ставят под сомнение традиционное представление о премоторной коре как о в первую очередь акустико-артикуляционной единице и вместо этого идентифицируют PML как иерархически организованную область обработки речи, которая сопоставима с височной слуховой корой. Это предоставляет новую основу для понимания роли премоторной коры в восприятии речи.

Городские зеленые зоны все чаще рассматриваются как важные refuge для биологического разнообразия, однако их экологическая ценность сильно зависит от дизайна и управления. В данном исследовании мы изучаем, как мелкие структурные и микроусловия среды формируют ассамблеи муравьев в городах, используя муравьев в качестве индикаторов более широких реакций членистоногих на урбанизацию. Сообщества муравьев были отобраны в двенадцати городских зеленых пространствах в Кордове (южная Испания) на протяжении десяти лет (2004-2013) с использованием ловушек для муравьев, наряду с детализированным характером структуры растительности и микроhabitats почвенного слоя. В результате было зарегистрировано 38 видов и 25,578 особей. Микроусловия объяснили 58% вариации в встречаемости видов. Различия в сообществах среди микроhabitats в основном были обусловлены вложенностью, при этом плотный травяной покров действовал как основная среда обитания, а компоненты, связанные с краем, вносили непропорционально большой вклад в бета-разнообразие. Изобилие деревьев показало унимодальную зависимость от богатства видов, с максимальным разнообразием при промежуточной плотности, тогда как покрытие кустарниками и газоном имело слабые или непостоянные эффекты. Мелкие элементы, такие как опавшие листья, камни, древесные остатки и небольшие участки голой земли сильно влияли на встречаемость видов, предоставляя термические укрытия, субстраты для гнездования и возможности для кормежки. Инвазивный аргентинский муравей (Linepithema humile) проявлял сильное, но пространственно ограниченное доминирование и негативные эффекты, специфичные для видов, на местные муравьи, подчеркивая роль контекста среды обитания в смягчении последствий инвазий. Наши результаты демонстрируют, что городское биологическое разнообразие максимизируется за счет повышения мелкомасштабной гетерогенности среды обитания, а не простого увеличения зеленого покрова. Мы подчеркиваем практические принципы проектирования городской зеленой инфраструктуры, которые ориентированы на структурное разнообразие и сложность почвенного слоя для поддержки устойчивых сообществ членистоногих.

Флуоресцентная микроскопия со световым листом (LSFM) произвела революцию в биологическом изображении, обеспечивая высокое пространственное и временное разрешение с минимальным фотоповреждением. Тем не менее, традиционные методы LSFM часто страдают от полосатых артефактов в получаемых изображениях из-за рассеяния и поглощения света в образцах, что приводит к неравномерному освещению и негативно сказывается на точности последующего анализа изображений. Чтобы решить эту проблему, мы представляем додекагонную флуоресцентную микроскопию со световым листом (dodecaLSFM) — новый подход, который максимизирует угловое разнообразие для достижения однородного освещения и подавления полосатых артефактов. DodecaLSFM использует дифракционную оптику и цилиндрические линзы для генерации двенадцати световых листов, обеспечивая всенаправленное освещение на 360 градусов, что значительно улучшает однородность освещения по сравнению с традиционными системами mSPIM, mDSLM и ультромикроскопии, которые используют только одну или две плоскости освещения. Мы продемонстрировали эффективность dodecaLSFM, достигнув высокоразрешающего изображения всей сосудистой системы мозга мыши после очищения ткани, что позволяет проводить точный морфометрический анализ сосудистых сетей без полосатых артефактов. Более того, мы показываем, что сочетание dodecaLSFM с расширенной микроскопией (ExM) обеспечивает 3D-изображение целого органа с клеточным разрешением. Этот новый подход предлагает усовершенствованное и масштабируемое решение для объёмной микроскопии, способствуя детальным структурным и функциональным исследованиям в разнообразных биологических приложениях.

Адаптивное поведение требует от сенсорных систем приоритизировать сигналы, которые предсказывают значимые результаты, в то время как игнорируются нерелевантные стимулы, но остается неясным, как фильтрация на основе релевантности реализуется в ранних сенсорных путях. Используя двухфотонное изображение глубокого мозга и манипуляции с причинными цепями у мышей, выполняющих аудиовизуальную задачу обнаружения, мы показываем, что ингибирование со стороны таламического ретикулярного ядра динамически настраивает сенсорный таламус в соответствии с выученной ценностью. По мере того как животные усваивали ассоциации между стимулом и результатом, нейроны в медиальной геникуллатной теле развивали предвзятые реакции, предпочитая сигналы, предсказывающие награду, и подавляя ненаграждающие стимулы. Гашение ингибирующего сигнала от таламического ретикулярного ядра в значительной степени сняло ингибирование таламических реакций и уничтожило этот предвзятый подход к ценности. Однако декодирование идентичности стимула не пострадало от потери ингибирования. Между тем, геометрия активности популяции в MGB была реорганизована: оси кодирования были повернуты, кодирование, связанное с действиями, было сильно нарушено, а таламические репрезентации стали несоответствующими с выученной поведенческой реакцией. Этот измененный популяционный код ухудшил поведенственные результаты, несмотря на сохранение сенсорной разделимости. Таким образом, ингибирование сенсорного таламуса ретикулярным ядром не просто регулирует сенсорный поток; оно выполняет функцию подкоркового механизма кодирования, который согласует нейронные представления с выученной ценностью и поведенческими целями, что имеет значение для расстройств восприятия и когнитивных функций.