Pattern selection in the visual cortex

Abstract

Die Orientierungskarte im primären visuellen Kortex ist ein wichtiges Modellsystem für die Untersuchung kortikaler Entwicklung. Anhand eines grossen Satzes funktionaler bildgebender Daten zeigen wir, dass die Statistik topologischer Defekte in Orientierungskarten, so genannter Pinwheels, in phylogenetisch weit entfernten Spezies universelle Eigenschaften aufweist. Wir zeigen, dass diese universelle Statistik quantitativ von einem Modell aus der Theorie der Musterbildung reproduziert und erklärt wird. Dieses Modell, vom Swift-Hohenberg Typ, berücksichtigt grundlegende Eigenschaften der Organisation des visuellen Kortex. Anhand dieses Modells entwickeln wir Vorhersagen über die Dynamik der Orientierungskarte während ihrer normalen Entwicklung sowie unter äusserer Stimulation. Insbesondere führen wir das Konzept der Soft Spots ein. Diese sind spezifische Orte in der Orientierungskarte, an denen elektrische Stimulation eine grossflächige und persistente Reorganisation des Musters hervorrufen kann. Als Proof of Concept analysieren wir im Experiment die Reorganisation der Orientierungskarte infolge direkter elektrischer Stimulation im erwachsenen visuellen Kortex. Unsere Ergebnisse bestätigen die Hypothese, dass der Entwicklung der Orientierungskarte ein Prozess aktivätsabhängiger Selbstorganisation zugrunde liegt.