Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2022, T. 72, № 2, стр. 250-258

Микроструктура нейронных связей между зрительными полями коры разных уровней иерархии

С. В. Алексеенко 1*, П. Ю. Шкорбатова 1

1 Лаборатория физиологии зрения и лаборатория нейроморфологии, Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: binocularity@yandex.ru

Поступила в редакцию 28.09.2021
После доработки 20.12.2021
Принята к публикации 20.12.2021

Аннотация

С целью изучения прямых нейронных связей зрительных полей коры нижнего уровня иерархии с полями последующих уровней, микроионофоретически вводили пероксидазу хрена в отдельные вертикальные колонки полей 19, 21а и анализировали распределение ретроградно меченых нейронов в полях 17, 18 у кошки. Колонки полей 19, 21а по сравнению с глазодоминантными колонками поля 18 получают дополнительные корковые входы из ипсилатеральной переходной зоны 17/18, что указывает на усложнение структуры нейронных связей. В локализации входных нейронов из переходных зон 17/18 разных полушарий выявлена зеркальная симметрия, которая может обеспечить нейронам колонок полей 19, 21а настройку на локусы, расположенные в центральной сагиттальной плоскости трехмерного пространства. Выявленные также входы из полей 17, 18 ипсилатерального полушария, расположенные вне переходной зоны 17/18, в совокупности со входами из обеих переходных зон 17/18 могут обусловливать нейронам колонок полей 19, 21а кодирование более сложных стерео-признаков объектов.

Ключевые слова: кошка, нейронные связи, поля 17, 18, поля 19, 21а, переходная зона 17/18, симметрия

Список литературы

  1. Алексеенко С.В., Шкорбатова П.Ю. Микроструктура внутриполушарных восходящих путей в экстрастриарные поля коры кошки. Интегративная физиология. 2021. 2 (2): 205–214.

  2. Алексеенко С.В., Топорова С.Н., Макаров Ф.Н. Нейрональные связи, обеспечивающие объединение полуполей зрения. Сенсорные системы. 2002. 16 (2): 83–88.

  3. Иванов Р.С., Бондарь И.В., Салтыков К.А., Шевелев И.А. Площадь зон оптической активации поля 17 коры мозга кошки при предъявлении решеток разной ориентации. Журн. высш. нерв. деят. им. И.П. Павлова. 2006. 56 (4): 516–522.

  4. Alekseenko S.V., Toporova S.N., Makarov F.N. Neuronal connections of the cortex and reconstruction of the visual space. Neurosci. Behav. Physiol. 2005. 35 (4): 435–442.

  5. Bakin J.S., Nakayama K., Gilbert C.D. Visual responses in monkey areas V1 and V2 to three-dimensional surface configurations. J. Neurosci. 2000. 20 (21): 8188–8198.

  6. Barlow H.B., Blakemore C., Pettigrew J.D. The neural mechanisms of binocular depth discrimination. J. Physiol. 1967. 193 (2): 327–342.

  7. Berman N., Payne B.R., Labar D.R., Murhy E.H. Functional organization of neurons in cat striate cortex: variations in ocular dominance and receptive-field type with cortical laminae and location in visual field. J. Neurophysiol. 1982. 48: 1362–1377.

  8. Cumming B.G., Parker A.J. Binocular neurons in V1 of awake monkeys are selective for absolute, not relative, disparity. J. Neurosci. 1999. 19: 5602–5618.

  9. Dreher B. Thalamocortical and corticocortical interconnections in the cat visual system: relation to the mechanisms of information processing. In: Pettigrew J.D., Sanderson K.J., Levick W.R., eds.Visual Neuroscience. 1986. London, England: Cambridge University Press. pp. 290–314.

  10. Duysens J., Orban G.A., van der Glas H.W., de Zegher F.E. Functional properties of area 19 as compared to area 17 of the cat. Brain Res.1982. 231: 279–291.

  11. Felleman D.J., Van Essen D.C. Distributed hierarchical processing in the primate cerebral cortex. Cerebral Cortex 1991. 1: 1–47.

  12. Guillemot J-P., Paradis M.-C., Samson A., Ptito M., Richer L., Lepore F. Binocular interaction and disparity coding in area 19 of visual cortex in normal and split-chiasm cats. Exp. Brain Res. 1993. 94: 405–417.

  13. Harutiunian-Kozak B.A., Grigorian G.G., Kozak J.A., Sharanbekian A.B., Sarkisyan G.S., Khachvankian D.K. Orientation sensitive properties of visually driven neurons in extrastriate area 21a of cat cortex. Arch. Ital. Biol. 2008. 146 (2): 119–130.

  14. Houzel J.C., Milleret C., Innocenti G. Morphology of callosal axons interconnecting areas 17 and 18 of the cat. Eur. J. Neurosci. 1994. 6 (6): 898–917.

  15. Hubel D.H., Wiesel T.N. Brain and visual perception. 2005. Oxford University Press. N. Y. Oxford. 744 p.

  16. Innocenti G.M. Network causality, axonal computations, and Poffenberger. Exp. Brain Res. 2017. 235: 2349–2357.

  17. Khayat P. S., Saint-Amour D., Molotchnikoff S., Lepore F., Guillemot J.-P. Cellular response to texture and form defined by motion in area 19 of the cat. Eur. J. Neurosci. 2000. 5: 1727–1738.

  18. Kim T., Bair W., Pasupathy A. Neural Coding for Shape and Texture in Macaque Area V4. J. Neurosci. 2019. 39 (24): 4760–4774.

  19. Li Z., Shigemasu H. Generalized representation of stereoscopic surface shape and orientation in the human visual cortex. Front. Hum. Neurosci. 2019. Aug 20;13:283. eCollection 2019.https://doi.org/10.3389/fnhum.2019.00283

  20. Li Y., Zhang C., Hou C., Yao L., Zhang J., Long Z. Stereoscopic processing of crossed and uncrossed disparities in the human visual cortex. BMC Neurosci. 2017. 18 (1): 80. https://doi.org/10.1186/s12868-017-0395-7

  21. Lu Y., Yin J., Chen Z., Gong H., Liu Y., Qian L., Li X., Liu R., Andolina I., Wang W. Revealing detail along the visual hierarchy: neural clustering preserves acuity from V1 to V4. Neuron. 2018. 98 (2): 417–428.

  22. Olavarría J.F. Callosal connections correlate preferentially with ipsilateral cortical domains in cat areas 17 and 18, and with contralateral domains in the 17/18 transition zone. J. Comp. Neurol. 2001. 433: 441–457.

  23. Parker A.J. Intermediate level cortical areas and the multiple roles of area V4. Current Opin.Physiol. 2020. 16: 61–66.

  24. Parker A.J., Smith J.E.T., Krug K. Neural architectures for stereo vision. Phil.Trans. R. Soc. B. 2016. 371: 20150261.

  25. Pasupathy A., Popovkina D.V., Kim T.: Visual functions of primate area V4. Annu. Rev. Vis. Sci. 2020. https://doi.org/10.1146/ annurev-vision-030320-041306

  26. Payne B.R. Representation of the ipsilateral visual field in the transition zone between areas 17 and 18 of the cat’s cerebral cortex. Visual Neurosci. 1990. 4 (5): 445–474.

  27. Pettine W.W., Steinmetz N.A., Moore T. Laminar segregation of sensory coding and behavioral readout in macaque V4. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2019. 116: 14749–14754.

  28. Ramachandra V., Pawlak V., Wallace D.J., Kerr J.N.D. Impact of visual callosal pathway is dependent upon ipsilateral thalamus Nat. Commun. 2020. 11 (1): 1889. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15672-4

  29. Rochefort N.L., Buzas P., Kisvarday Z.F., Eysel U.T., Milleret C. Layout of transcallosal activity in cat visual cortex revealed by optical imaging. Neuroimage. 2007. 36: 804–821.

  30. Rockland K.S. Axon Collaterals and Brain States. Front. Syst. Neurosci. 2018. Jul 17;12: 32. eCollection 2018.https://doi.org/10.3389/fnsys.2018.00032

  31. Salin P.A., Girard P., Kennedy H., Bullier J. Visuotopic organization of corticocortical connections in the visual system of the cat. J. Comp. Neurol. 1992. 320 (4): 415–434.

  32. Scannell J.W., Blakemore C., Young M.P. Analysis of connectivity in the cat cerebral cortex. J. Neurosci. 1995. 15 (2): 1463–1483.

  33. Thomas O.M., Cumming B.G., Parker A.J. A specialization for relative disparity in V2. Nature Neurosci. 2002. 5: 472–478.

  34. Toporova S.N., Alekseenko S.V., Makarov F.N. The spatial distribution of horizontal connections in area 18 of the cortex in cats. Neurosci. Behav. Physiol. 2001. 31 (4): 345–348.

  35. Tusa R.J., Palmer L.A., Rosenquist A.C. Multiple cortical visual areas: Visual field topography in the cat. Cortical sensory organization. New York. Humana Press. 1981. 2: 1–31.

  36. Villeneuve M.Y., Vanni M.P., Casanova C. Modular organization in area 21a of the cat revealed by optical imaging: comparison with the primary visual cortex. Neuroscience. 2009. 164 (3): 1320–33.

  37. Wimborne B.M., Henry G.H. Response characteristics of the cells in the cortical area 21a of the cat with special reference to orientation specificity. J. Physiol. 1992. 449: 457–478.

  38. Wunderle T., Eriksson D., Peiker C., Schmid K.E. Input and Output Gain Modulation by the Lateral Interhemispheric Network in Early Visual Cortex. J. Neurosci. 2015. 35 (20): 7682–7694.

Дополнительные материалы отсутствуют.