the functioning of a cortex without layers

الأداء الوظيفي لقشرة عديمة الطبقات

Clicks: 303
ID: 143274
2017
Free PDF
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Steady

Ranked #71 of 134 articles by views in Journal of medical systems

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale. Only the 120 most-read articles are drawn; the journal has 134 in total.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
A major hallmark of cortical organization is the existence of a variable number of layers, i.e., sheets of neurons stacked on top of each other, in which neurons have certain commonalities. However, even for the neocortex, variable numbers of layers have been described and it is just a convention to distinguish six layers from each other. Whether cortical layers are a structural epiphenomenon caused by developmental dynamics or represent a functionally important modularization of cortical computation is still unknown. Here we present our insights from the reeler mutant mouse, a model for a developmental, “molecular lesion”-induced loss of cortical layering that could serve as ground truth of what an intact layering adds to the cortex in terms of functionality. We could demonstrate that the reeler neocortex shows no inversion of cortical layers but rather a severe disorganization that in the primary somatosensory cortex leads to the complete loss of layers. Nevertheless, the somatosensory system is well organized. When exploring an enriched environment with specific sets of whiskers, activity-dependent gene expression takes place in the corresponding modules. Precise whisker stimuli lead to the functional activation of somatotopically organized barrel columns as visualized by intrinsic signal optical imaging. Similar results were obtained in the reeler visual system. When analyzing pathways that could be responsible for preservation of tactile perception, lemniscal thalamic projections were found to be largely intact, despite the smearing of target neurons across the cortical mantle. However, with optogenetic experiments we found evidence for a mild dispersion of thalamic synapse targeting on layer IV-spiny stellate cells, together with a general weakening in thalamocortical input strength. This weakening of thalamic inputs was compensated by intracortical mechanisms involving increased recurrent excitation and/or reduced feedforward inhibition. In conclusion, a layer loss so far only led to the detection of subtle defects in sensory processing by reeler mice. This argues in favor of a view in which cortical layers are not an essential component for basic perception and cognition. A view also supported by recent studies in birds, which can have remarkable cognitive capacities despite the lack of a neocortex with multiple cortical layers. In conclusion, we suggest that future studies directed toward understanding cortical functions should rather focus on circuits specified by functional cell type composition than mere laminar location.
تُعدّ الميزة الرئيسية للتنظيم القشري هي وجود عدد متغير من الطبقات، أي صفائح من العصبونات المتراصة فوق بعضها البعض، والتي تشترك فيها العصبونات في سمات محددة. ومع ذلك، حتى بالنسبة للقشرة المخية الحديثة، فقد وُصفت أعداد متغيرة من الطبقات، وما التمييز بين ست طبقات إلا مجرد اصطلاح متعارف عليه. ولا يزال من غير المعروف ما إذا كانت الطبقات القشرية تمثل ظاهرة بنيوية ثانوية ناتجة عن ديناميكيات التطور النمائي، أم أنها تشكل تنظيماً نمطياً ذا أهمية وظيفية في الحوسبة القشرية. نعرض هنا رؤانا المستمدة من دراسة الفأر الطافر "ريلر" (reeler)، وهو نموذج لفقدان التطبق القشري النمائي الناجم عن "آفة جزيئية"، والذي يمكن أن يُعدّ بمثابة حقيقة مرجعية لما يضيفه التطبق السليم إلى القشرة من الناحية الوظيفية. لقد استطعنا إثبات أن القشرة المخية الحديثة لدى فأر "ريلر" لا تُظهر انقلاباً في الطبقات القشرية، بل اختلالاً تنظيمياً شديداً يؤدي في القشرة الحسية الجسدية الأولية إلى الفقدان التام للطبقات. ومع ذلك، يظل الجهاز الحسي الجسدي منتظماً بشكل جيد؛ فعند استكشاف بيئة غنية باستخدام مجموعات محددة من الشوارب، يحدث تعبير جيني معتمد على النشاط في الوحدات النمطية المقابلة. كما تؤدي التنبيهات الدقيقة للشوارب إلى تنشيط وظيفي للأعمدة البرميلية المنظمة تضاريسياً وفق موضع الجسم، كما يتضح من خلال التصوير البصري للإشارة الذاتية. وسُجلت نتائج مماثلة في النظام البصري لفأر "ريلر". وعند تحليل المسارات التي قد تكون مسؤولة عن الحفاظ على الإدراك اللمسي، وُجد أن الإسقاطات المهادية الفتيلية سليمة إلى حد كبير، على الرغم من تبعثر العصبونات المستهدفة عبر الرداء القشري. بيد أننا وجدنا من خلال تجارب علم الوراثة الضوئي دليلاً على تشتت طفيف في استهداف المشابك المهادية للخلايا النجمية الشوكية في الطبقة الرابعة، بالتزامن مع ضعف عام في قوة المدخلات المهادية القشرية. وقد تم تعويض هذا الضعف في المدخلات المهادية بواسطة آليات داخل القشرة تتضمن زيادة في الاستثارة الراجعة و/أو انخفاضاً في التثبيط بالتغذية الأمامية. وخلاصة القول، إن فقدان الطبقات لم يؤدِ حتى الآن إلا إلى رصد عيوب طفيفة في المعالجة الحسية لدى فئران "ريلر". وهذا يعزز الرأي القائل بأن الطبقات القشرية ليست عنصراً أساسياً للإدراك والمعرفة الأساسيين، وهي وجهة نظر تدعمها أيضاً دراسات حديثة أُجريت على الطيور، التي يمكن أن تتمتع بقدرات معرفية ملحوظة على الرغم من افتقارها إلى قشرة مخية حديثة متعددة الطبقات. وفي الختام، نقترح أن تركز الدراسات المستقبلية الرامية إلى فهم الوظائف القشرية على الدارات المحددة بتركيب أنواع الخلايا الوظيفية بدلاً من الاقتصار على مجرد الموقع الطبقي.
Reference Key
guy2017frontiersthe Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Julien Guy, Jochen F. Staiger
Are you one of these authors? Claim your profile
Journal Journal of medical systems
Year 2017
DOI
10.3389/fnana.2017.00054
URL
http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fnana.2017.00054/full
Keywords
developmental plasticity neocortex optogenetics biological psychiatry

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.