Исследование методом оптического картирования первичной зрительной коры головного мозга кошки при предъявлении изображений различного уровня сложности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.13, кандидат биологических наук Иванов, Ростислав Сергеевич

• Иванов, Ростислав Сергеевич
• кандидат биологических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Иванов, Ростислав Сергеевич

Список используемых сокращений

Введение

Глава 1 Обзор литературы

1.1. Обработка информации о форме объекта в 14 зрительной коре

1.1.1. Передача и преобразование зрительного сигнала в 14 ' мозге

1.2. Выделение признаков зрительного образа

1.3. Ориентационная чувствительность нейронов поля

1.4. Нейронная организация первичной зрительной коры

1.4.1. Модули первого порядка — одиночный нейрон как 24 детектор признаков зрительного образа

1.4.2. Микроколонка - модуль второго порядка

1.4.3. Сверхколонка нейронов - модуль третьего порядка

1.4.4. Корковая пластичность

1.5. Чувствительность к признакам изображения второго 30 порядка - углам, крестам, У-образным фигурам

1.6. Эффект "наклонных ориентаций"

1.7. Метод оптического картирования нейронной 37 активности

1.7.1. Хирургическая операция и подготовка животного

1.7.2. Применение оптического картирования по 47 внутреннему сигналу '

1.7.3. Анализ главных компонент и родственные методы ^

Глава 2 Объект и методы исследования

2.1. Подготовка животного к эксперименту

2.1.1. Выборка животных

2.1.2. Анестезия

2.1.3. Система жизнеобеспечения животного

2.1.4. Хирургическая операция

2.2. Метод оптического картирования по внутреннему 54 сигналу

2.2.1. Хирургическая операция и подготовка животного

2.2.2. Основа экспериментальной установки

2.2.3. Методы обработки оптического сигнала

2.2.4. Анализ данных

2.2.5. Связанное с событием картирование (event-related 56 imaging)

2.3. Экспериментальная установка для оптического 60 картирования активности нейронов коры мозга по внутреннему сигналу

2.3.1. Макроскоп

2.3.2. CCD-камера и ее крепление

2.3.3. Перехват изображения

2.3.4. Передача кадров

2.3.5. Биологические источники шума

2.3.6. Осветитель мозга 64 2.4. Оптическая стимуляция и накопление экспериментальных данных

2.4.1. Зрительные стимулы

2.4.2. Протокол эксперимента 66 2.5.1 Обработка экспериментальных данных

2.5.1. Усреднение и цифровая обработка сигналов

2.5.2. Построение карт ориентационной чувствительности

2.5.3. Построение функциональных карт ответа на 70 крестообразные фигуры

2.5.4. Традиционный метод анализа оптических данных 71 (event-related imaging)

2.5.5. Методы главных компонент

Глава 3 Результаты исследования

3.1. Оценка стабильности регистрируемого оптического 74 сигнала

3.2. Оценка ориентационной чувствительности

3.3. Исследование эффекта наклонных ориентаций

3.4. Чувствительность к крестообразным фигурам

3.4.1. Функциональные карты ответа на крестообразные 80 стимулы

3.4.2. Функциональные карты ответа на составляющие 81 крестообразного стимула

3.5. Количественный анализ оптических карт, 83 полученных при экспозиции изображений, содержащих признаки второго порядка

Глава 4 Обсуждение полученных результатов

4.1. Стабильность регистрируемого сигнала

4.2. Ориентационная чувствительность

4.3. Эффект наклонных ориентаций

4.4. Чувствительность к признакам формы порядка

4.5. Сходство и различие оптической активации коры в 93 ответ на признаки первого и второго порядка

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование методом оптического картирования первичной зрительной коры головного мозга кошки при предъявлении изображений различного уровня сложности»

Актуальность проблемы

Известно, что локальное кровоснабжение мозга зависит от изменений его метаболической и нейронной активности. В последние десятилетия новые методы визуализации активности мозга позволили исследовать тонкую организацию его функций по изменениям локального кровотока (позитронно-эмисионная томография, функциональная магнитно-резонансная томография и оптическое картирование по внутреннему сигналу (ОКвс)).

Метод ОК коры мозга [Bonhoeffer, Grinvald, 1996; Buzas, 1998; Vanzetta, Grinvald, 1999] основан на различиях в оптических свойствах оксигемоглобина и его восстановленной формы — дезоксигемоглобина. Локальное уменьшение концентрации оксигемоглобина и увеличение концентрации дезоксигемоглобина в мозговой ткани происходит в результате активации нейронов, которые усиленно потребляют кислород. Такие изменения в соотношении концентраций двух форм гемоглобина могут быть измерены с помощью высокочувствительной оптической камеры с «зарядовой связью» (CCD-камеры). Регистрация этого «внутреннего» оптического сигнала позволяет строить функциональные карты поверхности мозга, на которых активированные участки выглядят более тёмными.

Картирование мозга животных при разных видах зрительной стимуляции позволило установить взаимное расположение различных функциональных модулей коры - колонок ОЧ и сверхколонок, а также полос глазодоминантности [Hubener et al., 1997]. Применение ОКвс помогло в понимании детальной функциональной архитектуры ЗК кошек и обезьян [Frostig et al., 1990; Grinvald et al., 1986; Ts'o et al., 1990]. Сегодня OK является важным инструментом для изучения функциональной архитектуры моторной, соматосенсорной, слуховой коры и обонятельных луковиц, построения карт активации коры бодрствующих животных; исследования функционального коркового развития и пластичности при нормальных и патологических условиях. В последнее время данная методика также активно используется для визуализации распространения локальных эпилептических очагов и реорганизации функциональных корковых карт в окружении очага ишемического поражения, метод адаптирован также для картирования коры мозга человека в процессе нейрохирургического вмешательства [Zepeda et al., 2004].

Ранее в электрофизиологических экспериментах было показано, что около половины нейронов поля 17 ЗК кошки наиболее чувствительны не к ориентации отрезков линий [Hubel, Wiesel, 1974], а к их пересечениям и ветвлениям [Shevelev et al., 1994,1995,1998b,с; Sillito et al., 1995]. Остаётся открытым вопрос, включены ли детекторы крестообразных фигур в классические колонки ОЧ или локализованы в иных корковых модулях. Поэтому целью нашей работы стало исследование тангенциальной упаковки в пЗК кошки нейронов-детекторов признаков формы второго порядка (решёток из пересекающихся линий, наборов крестов и углов) с помощью метода ОК коры мозга по внутреннему сигналу.

Нейрон ЗК, чувствительный к ориентации светлой или темной полоски, вспыхивающей или движущейся в его рецептивном поле, принято называть детектором ориентации, а зависимость ответа от ориентации стимула — ориентационной настройкой (ОН) [Супин, 1981; Шевелев, 1984; см. обзоры: Orban, 1984; Hubel, Wiesel 1962,1965]. До последнего времени считалось, что нейроны пЗК кошки и обезьяны оптимально настроены только на выделение из изображения светлых или темных полосок определенной ориентации и не детектируют более сложные изображения [Hubel, Wiesel, 1962,1965; см. обзоры: Супин, 1981; Шевелев, 1984; Orban, 1984].

Детекторы ориентации исследованы детально с применением многих методов - картированы их рецептивные поля [Hubel, Wiesel, 1962,1965], определены временные параметры ответов [Шевелев, 1984; Singer et. al., 1975] и, в основном, понятны механизмы детекции [Супин, 1981; Шевелев, 1984].

Детекторы более сложных, чем полоска, признаков изображений (будем называть их «признаками второго порядка»), содержащих пересечение или ветвление линий: крестообразных или У-образных фигур, углов, - а также человеческих лиц - до последнего времени были обнаружены только в нижневисочной коре кошек и обезьян [Baylis et al., 1987; Rolls, 1992; Tanaka et al., 1991]. В этих исследованиях акцент делался на описание структуры ответа нейрона, в то время как механизмы детекции по умолчанию считались принципиально теми же, что у детекторов ориентации. По результатам картирования рецептивных полей детекторов сложных изображений, как правило, трудно что-либо сказать о механизмах детекции, так как практически у всех таких нейронов рецептивное поле не имеет дифференцированных тормозных и возбудительных зон (рецептивное поле сложного типа, по Хьюбелу и Визелу).

В регистрации ответов одиночных нейронов на более сложные, чем полоски, зрительные стимулы достигнут прогресс - несколько лет назад в первичной проекционной области ЗК кошки были обнаружены детекторы пересечений и узлов ветвления линий [Лазарева с соавт., 1995а, 1998; Шевелев," 1999; Шевелев с соавт., 1993,1996; Shevelev et al., 2001], а в первичной коре кошек и обезьян найдены нейроны, выделяющие "локальные нарушения ориентационной непрерывности" [Sillito et al., 1995]. Оказалось, что от трети до половины нейронов увеличивают свою реакцию в среднем в несколько раз по сравнению с максимальным ответом на оптимальную одиночную полоску при стимуляции их рецептивных полей вспыхивающей крестообразной фигурой со специфической для каждой клетки конфигурацией и ориентацией.

Исследуя детекторы крестообразных фигур, исследователи пришли к выводу, что механизмы детекции этих достаточно простых фигур существенно сложнее, чем механизмы детекции полосок. При этом характеристики популяционного ответа таких нейронов до настоящего времени не были исследованы, не была установлена их функциональная архитектура, учитывающая распределение детекторов признака пересечения линий в пЗК и взаимное расположение детекторов крестов и ориентаций.

Применение метода OK нейронной активности на основе регистрации внутреннего картирующего сигнала открывает новые возможности в установлении функциональной структуры коры мозга. Благодаря высокому пространственному разрешению (а при определённой модификации метода — и временному), относительной неинвазивности, возможности проведения длительных экспериментов с применением различных стимульных ситуаций и анестезирующих агентов, совмещения с электрофизиологическими и картирующими методами исследования, этот метод даёт возможность по-новому оценить данные нейрофизиологических экспериментов на отдельных нейронах и дополнить их популяционными данными в надежде заполнить разрыв в понимании механизмов восприятия и обработки простых и сложных изображений.

Цели и задачи исследования

Целью настоящей работы является установление функциональной архитектуры первичной зрительной коры мозга кошки (поле 17) методом оптического картирования по внутреннему сигналу, что включает в себя:

1. Создание установки и отладка протокола по оптическому картированию внутреннего сигнала для исследования популяционного нейронного ответа на индивидуальные зрительные стимулы.

2. Исследование тангенциальной упаковки в первичной зрительной коре кошки нейронов-детекторов признаков формы изображения второго порядка (ветвление и пересечение линий).

3. Использование оптического картирования для изучения «эффекта наклона» - преимущественного представительства в первичной зрительной коре нейронов, настроенных на вертикальные и горизонтальные ориентации по сравнению с наклонными.

В соответствии с такой целью в процессе исследования, в первую очередь, необходимо было решить следующие задачи:

1. Впервые в нашей стране наладить метод оптической регистрации внутреннего сигнала от пЗК мозга кошки в условиях in vivo (анестезированное животное).

2. Добиться стабильной во времени регистрации внутреннего оптического сигнала.

Когда результат по этим двум задачам был достигнут, нами были поставлены следующие задачи:

3. Обнаружить участки популяционного ответа, то есть, колонки 04 в пЗК мозга кошки.

4. Провести сравнительный анализ паттерна 04 в поле 17 с известными экспериментальными данными, полученными методом ОКвс [Шевелёв с соавт., 2005] и другими методами [Лазарева с соавт., 1986].

5. Провести сравнительный анализ активации коры при разных ориентациях одиночных полосок с целью проверить так называемый «эффект их наклона» («oblique effect»).

6. Обнаружить в коре поля 17 популяционный оптический ответ на признаки изображения второго и более высоких порядков.

7. Охарактеризовать полученные данные с точки зрения: расположения доменов нейронов-детекторов, настроенных на признаки ветвления и пересечения линий, в границах поля 17 пЗК.

8. Оценить их возможно комплексный состав (сумма ли это ответов колонок 04 или их более сложное объединение) и количественную выраженность «эффекта крестов» и составляющих их линий.

Научная новизна работы

Метод оптической регистрации активности мозга совсем недавно начал применяться в России. На базе Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН нами впервые была налажена установка для ОК и запущен протокол регистрации внутреннего оптического сигнала от коры головного мозга кошки. Исследована возможность усовершенствования метода с целью получения ответа от нейронов коры головного мозга в режиме реального времени с высоким пространственным разрешением за счёт получения его «внешнего» оптического сигнала при окрашивании коры потенциал-зависимыми красителями.

Проведенное исследование впервые выявило популяционный оптический ответ нейронов коры головного мозга кошки на предъявление крестообразных зрительных стимулов. Исходя из полученных данных, предложена и обоснована гипотеза о топографии тангенциальной упаковки нейронов-детекторов признаков изображения второго порядка в границах поля 17 пЗК, в том числе, относительно других её клеточных элементов.

Проверена также гипотеза о существовании в поле 17 так называемого «эффекта наклона», то есть, преобладания в этом поле детекторов вертикали и горизонтали над детекторами диагональных ориентаций. По полученным нами данным этот эффект не нашел подтверждения.

Научно-практическая значимость работы

Применение метода оптического картирования нейронной активности на основе регистрации внутреннего картирующего сигнала открывает новые возможности в установлении функциональной структуры коры мозга. Благодаря высокому пространственному разрешению (а при определённой модификации метода — и временному), относительной неинвазивности, возможности проведения длительных экспериментов с применением различных стимульных ситуаций и анестезирующих агентов, совмещения с электрофизиологическими и другими картирующими методами исследования, этот метод даёт возможность по-новому оценить данные нейрофизиологических экспериментов на отдельных нейронах и дополнить их популяционными данными в надежде заполнить разрыв в понимании механизмов восприятия и обработки простых и сложных изображений.

Картирование мозга животных при разных видах зрительной стимуляции позволило установить взаимное расположение различных функциональных модулей коры - ориентационных колонок и сверхколонок, а также полос глазодоминантности [Hubener et al., 1997]. Применение оптического картирования по внутреннему сигналу помогло в понимании детальной функциональной архитектуры зрительной коры кошек и обезьян [Frostig et al., 1990; Grinvald et al., 1986; Ts'o et al., 1990]. Сегодня оптическое картирование является важным инструментом для изучения функциональной архитектуры моторной, соматосенсорной, слуховой коры и обонятельных луковиц, построения карт активации коры у бодрствующих животных; исследования функционального коркового развития и пластичности при нормальных и патологических условиях. В последнее время данная методика также активно используется для визуализации распространения локальных эпилептических очагов и реорганизации функциональных корковых карт в окружении очага ишемического поражения, метод адаптирован также для картирования коры мозга человека в процессе нейрохирургического вмешательства [Zepeda et al., 2004].

Положения, выносимые на защиту

1. Создан протокол и апробирована в экспериментальных условиях методика картирования популяционной активности нейронов первичной зрительной коры мозга кошки по внутреннему оптическому сигналу.

2. Нулевая гипотеза о наличии в поле 17 большего числа нейронов, детектирующих вертикаль и горизонталь, по сравнению с детекторами диагональных ориентаций («эффект наклона»), в условиях наших опытов не подтвердилась: не выявлено достоверных различий в площади активированных колонок ориентационной чувствительности при действии решеток вертикальной и горизонтальной ориентации по сравнению с диагонально ориентированными решетками.

3. В первичной зрительной коре мозга кошки нейроны-детекторы признаков изображения второго порядка располагаются, в основном, в границах классических колонок ориентационной чувствительности.

4. Ответ нейронов-детекторов на присутствующие в стимулах признаки ветвления и пересечения линий включает в себя помимо ответов на ориентационные составляющие стимулов ответ на сам признак пересечения как таковой.

Работа выполнена при поддержке: Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проект № 03-04-48084а) (2003-2005 г.г.); Программы Отделения биологических наук РАН «Интегративные механизмы регуляции функций в организме» (2003-2005 гг.) и «Физиологические механизмы регуляции внутренней среды и организации поведения живых систем» (2006-2008 г.г.); Президентской Программы «Научная школа» (НШ-2336.2003.4; 2003-2005) и (НШ-10086.2006.4; 2006-2007 г.г.).

Заключение диссертации по теме «Физиология», Иванов, Ростислав Сергеевич

Выводы

1. В рамках экспериментальной деятельности создан протокол и апробирована в экспериментальных условиях методика оптического картирования по внутреннему сигналу, позволяющая регистрировать стабильную популяционную активность нейронов первичной зрительной коры мозга анестезированной кошки. В ответ на зрительную стимуляцию методом оптического картирования по внутреннему сигналу получены функциональные карты первичной зрительной коры с ответом нейронов-детекторов признаков изображения первого (ориентационные решётки) и второго порядка (крестообразные фигуры, углы, решётки из пересекающихся линий).

2. Площадь активированных в первичной зрительной коре мозга кошки. ориентационных колонок при действии решеток вертикальной и горизонтальной ориентации сопоставима с площадью активации этой области диагонально ориентированными решетками. Наличие эффекта наклона для нейронов первичной зрительной коры мозга кошки методом оптического картирования по внутреннему сигналу не подтверждено.

3. В первичной зрительной коре мозга кошки нейроны-детекторы признаков изображения второго порядка располагаются, в основном, в границах ориентационных колонок.

4. Ответ нейронов-детекторов на присутствующие в стимулах признаки ветвления и пересечения линий включает в себя помимо ответов на ориентационные составляющие стимулов ответ на сам признак пересечения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Иванов, Ростислав Сергеевич, 2008 год

1. Иванов Р.С., Бондарь И.В., Салтыков К.А., Шевелев И.А. Площадь зон оптической активации поля 17 коры мозга кошки при предъявлении решёток разной ориентации // Журнал Высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2006. Т. 56. №4. С. 516-522.

2. Лазарева Н.А., Новикова Р.В., Тихомиров А. С., Шевелёв И.А., Шараев Г.А. Ориентационная настройка нейронов зрительной коры кошки при разных интенсивностях стимула// Нейрофизиология. 1983. Т. 15. № 4. С. 347-354.

3. Лазарева Н.А., Новикова Р.В., Шевелёв И.А., Тихомиров А.С. Различие свойств двух групп ориентационных детекторов зрительной коры кошки // Нейрофизиология. 1986. Т. 18. № 1. С. 85-91.

4. Лазарева Н.А., Новикова Р.В., Тихомиров А.С., Шевелёв И.А., Шараев Г.А. Влияние сомбревина на ориентационную настройку нейронов зрительной коры кошки // Нейрофизиология. 1989. Т. 21. № 6. С. 812-820.

5. Лазарева Н.А., Новикова Р.В., Тихомиров А.С., Шараев Г.А., Шевелёв И.А. Ориентационная настройка нейронов зрительной коры кошки до и после введения нембутала// Нейрофизиология. 1991. Т. 23. № 6. С. 669-676.

6. Лазарева Н.А., Шевелёв И.А., Новикова Р.В., Тихомиров А.С., Шараев Г.А. Двойная ориентационная настройка нейронов первичной зрительной коры кошки при разном уровне бодрствования // Нейрофизиология. 1992. Т. 24. № 3. С. 260-269.

7. Лазарева Н.А., Новикова Р.В., Тихомиров А. С., Шевелёв И.А., Шараев F.A . . Избирательная чувствительность стриарных нейронов кошки к крестообразным и угловым фигурам разной ориентации // Нейрофизиология. 1995а. Т. 27. № 5/6. С. 403-412.

8. Лазарева Н.А., Шевелёв И.А., Айзел У.Т., Шараев Г.А. Бикукуллин и ориентационная настройка нейронов зрительной коры // Нейрофизиология. 19956. Т. 27. № 1.С. 54-62.

9. Марр Д. Зрение: Пер. с англ. М.: «Радио и связь», 1987. - 400с. Ноздрачёв А.Д., Баженов Ю.И., Баранникова И.А., Батуев А.С. с соавт. Начала физиологии:Учебник для вузов. / Под ред. акад. Ноздрачёва А.Д. — СПб.: «Лань», 2004. - 1088с.

10. Салтыков К.А. Модельное исследование механизмов настройки нейронов зрительной коры на У-образные фигуры // Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. 2004. Т. 54. № 2. С. 250-259.

11. Смит К.Ю.М. Биология сенсорных систем: Пер. с англ. М.: БИНОМ, 2005.-583с.

12. Супин А.Я. Нейрофизиология зрения млекопитающих. М.: Наука. - 1981. - 252 с.

13. Шевелёв И.А. Нейроны зрительной коры: адаптивность и динамика рецептивных полей. М.: Наука, 1984. 232с.

14. Шевелев И.А. Какие признаки изображения выделяются нейронами первичной зрительной коры кошки. Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова. 1999. Т. 85. № 6. С. 766-779.

15. Шевелёв И.А., Шараев Г.А., Лазарева Н.А., Новикова Р.В., Тихомиров А.С. Двойная ориентационная настройка нейронов зрительной коры кошки // Нейрофизиология. 1983. Т. 15. № 5. С. 459-466.

16. Шевелёв И.А., Лазарева Н.А., Новикова Р.В., Тихомиров А.С., Шараев Г.А. Настройка нейронов зрительной коры кошки на крестообразные фигуры // Нейрофизиология. 1993. Т. 1. № 5. С. 362-365.

17. Шевелёв И.А., Новикова Р.В., Лазарева Н.А., Тихомиров А. С., Шараев Г.А. Нейроны поля 17 зрительной коры кошки как детекторы крестообразных фигур // Сенсорные системы. 1996. Т. 10. № 2. С. 86-96.

18. Шевелев И.А., Айзел У.Т., Гирман К.У., Шараев Г.А. Настройка стриарных нейронов на крестообразные фигуры при локальной блокаде внутрикоркового торможения // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П.Павлова. 1999. Т. 49. №2. С. 271-278.

19. Шевелёв И.А., Лазарева Н.А. Характеристики ответов нейронов зрительной коры с чувствительностью к полоскам или крестообразным фигурам у кошки // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2006. Т. 92. № 2. С. 152-163.

20. Albus К. A quantitative study of the projection area of the central and the paracentral visual field in area 17 of the cat // Exp. Brain Res. 1975. V. 24(2). P. 159202.

21. Andrews D.P. Perception of contours in the central fovea // Nature. 1965. V. 205. P. 1218-1220.

22. Appelle S. Perception and discrimination as a function of stimulus orientation: the "oblique effect" in man and animals // Psychol. Bull. 1972. V. 78. P. 266-278.

23. Arakawa K., Tobimatsu S., Kurita-Tashima S., Nakayama M., Kira J.-I., Kato M. Effects of stimulus orientation on spatial frequency function of the visual evoked potential // Exp. Brain Res. 2000. V. 131. № 1. P. 121-125.

24. Arieli A., Grinvald A., Slovin H. Dural substitute for long-term imaging of cortical activity in behaving monkeys and its clinical implications // J. Neurosci. Methods. 2002. V. 114. P. 119-133.

25. Basole A., White L.E., Fitzpatrick D. Mapping multiple features in the population response of visual cortex I I Nature. 2003. V. 423. P. 986-990.

26. Bauer J.A. Jr., Owens D.A., Thomas J., Held R. Monkeys show an oblique effect //Perception. 1979. V. 8. P. 247-253.

27. Bauer R., Jordan W. Different anisotropics for texture and grating stimuli in the visual map of cat striate cortex // Vision Res. 1993. V. 33. P. 1447-1450.

28. Baylis G.C., Rolls E.T. Responses of neurons in the inferior temporal cortex in short term and serial recognition memory tasks // Exp. Brain Res. 1987. V. 65(3). P. 614-622.

29. Bell A.J., Sejnowski T.J. An information-maximization approach to blind separation and blind deconvolution // Neural Comput. 1995. V. 7. P. 1129-1159.

30. Berkley M.A., Kitterle F., Watkins D.W. Grating visibility as a function of orientation and retinal eccentricity// Vision Res. 1975. V. 15. P. 239-244.

31. Blasdel G.G., Salama G. Voltage-sensitive dyes reveal a modular organization in monkey striate cortex //Nature. 1986. V. 321. P. 579-585.

32. Blasdel G., Campbell D. Functional retinotopy of monkey visual cortex // J. Neurosci. 2001. V. 21. P. 8286-8301.

33. Bonds A.B. An "oblique effect" in the visual evoked potential of the cat // Exp. Brain Res. 1982. V. 46. P. 151-154.

34. Bonhoeffer Т., Grinvald A. Iso-orientation domains in cat visual cortex are arranged in pinwheel-like patterns // Nature. 1991. V. 353. P. 429-431.

35. Bonhoeffer Т., Grinvald A. The layout of iso-orientation domains in area 18 of cat visual cortex: optical imaging reveals a pinwheel-like organization // J. Neurosci. 1993. V. 13. P. 4157-4180.

36. Bonhoeffer Т., Kim D.S., Malonek D., Shoham D., Grinvald A. Optical imaging of the layout of functional domains in area 17 and across the area 17/18 border in cat visual cortex // Eur. J. Neurosci. 1995. V. 7. P. 1973-1988.

37. Bonhoeffer Т., Grinvald A. Optical imaging based on intrinsic signals. The methodology. In: Toga A., Mazziota J., editors. Brain mapping: the methods. London: Academic Press. 1996. P. 55-97.

38. Boshing W.H., Zhang Y., Schojield В., Fitzpatrick D. Orientation selectivity and the arrangement of horizontal connections in tree shrew striate cortex // J. Neurosci.1997. V. 17(6). P. 2112-2127.

39. Boshing W.H., KretzR., PucakM.L., Fitzpatrick D. Functional specificity of callosal connections in tree shrew striate cortex // J. Neurosci. 2000. V. 20. P. 23462359.

40. Boshing W.H., Crowley J.C., Fitzpatrick D. Spatial coding of position and orientation in primary visual cortex // Nature Neuroscience. 2002. V. 5(9). P. 874882.

41. Bouma H., Andriessen J.J. Perceived orientation of isolated line segments // Vision Res. 1968. V. 8. P. 493-507.

42. Boynton G.M., Engel S.A., Glover G.H., Heeger D.J. Linear systems analysis of functional magnetic resonance imaging in human VI //J. Neurosci. 1996. V.16. P. 4207-4221.

43. Buchanan-Smith H.M., Heeley D. W. Anisotropic axes in orientation perception are not retinotopically mapped // Perception. 1993. V. 22. № 12. P. 1389-1402.

44. Buzas P., Eysel U.T., Kisvarday Z.F. Functional topography of single cortical cells: an intracellular approach combined with optical imaging // Brain Res. Brain Res. Protoc. 1998. V.3. № 2. P. 199-208.

45. Campbell F.W., Kulikowski J.J. Orientational selectivity of the human visual system//J. Physiol. 1966. V. 187. P. 437^45.

46. Chapman В., Bonhoeffer T. Overrepresentation of horizontal and vertical orientation preferences in developing ferret area 17 // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.1998. V. 95. P. 2609-2614.

47. Chen L.M., Heider В., Williams G. V., Healy F.L., Ramsden B.M., Roe A. W. A chamber and artificial dura method for long-term optical imaging in the monkey // J. Neurosci. Methods. 2002. V. 113.P .41-49.

48. Cohen L.B. Changes in neuron structure during action potential propagation and synaptic transmission // Physiol. Rev. 1973. V. 53. P. 373-418.

49. Coppola D.M., Purves H.R., McCoy A.N., Purves D. The distribution of oriented contours in the real world // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998a. V. 95(7). P. 40024006.

50. Coppola D.M., White L.E., Fitzpatrick D., Purves D. Unequal representation of cardinal and oblique contours in ferret visual cortex // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998b. V. 95(5). P. 2621-2623.

51. Coppola D.M., White L.E. Visual experience promotes the isotropic representation of orientation preference // Vis. Neurosci. 2004. V. 21. P. 39-51.

52. Crair M.C., Gillespie D.C., Stryker M.P. The role of visual experience in the development of columns in cat visual cortex // Science. 1998. V. 279(5350). P. 566570.

53. De Valois R.L., Yund E. W., Hepler N. The orientation and direction selectivity of cells in macaque visual cortex // Vision Res. 1982. V. 22. P. 531-544.

54. Engel S.A., Rumelhart D.E., Wandell B.A., Lee А. Т., Glover G.H., Chichilnisky E.J., Shadlen M.N. fMRI of human visual cortex // Nature. 1994. V. 369. P. 525.

55. Eysel U. Т. Lateral inhibitory interactions in area 17 and 18 of the cat visual cortex // Progr. Brain Res. 1992. V. 90. P. 407-422.

56. Ferezou I., Bolea S., Petersen C.C.H. Visualizing the cortical representation of whisker touch: voltage-sensitive dye imaging in freely moving mice // Neuron. 2006. V. 50. P. 617-629.

57. Fregnac Y., Imbert M. Early development of visual cortical cells in normal and dark-reared kittens: relationship between orientation selectivity and ocular dominance // J. Physiol. 1978. V. 278. P. 27-44.

58. Frost B.J., Kaminer J.J. The orientation anisotropy and orientation constancy: a visual evoked potential study // Perception. 1975. V. 4. P. 51-58.

59. Frostig R.D. What does in vivi optical imaging tell us about the primary visual cortex in primates // Cerebral Cortex. 1994. V. 10. P. 331-358.

60. Fujita I., Тапака К., Ito M., Cheng K. Columns for visual features of objects in monkey inferotemporal cortex //Nature. 1992. V. 360. P. 343-346.

61. Furmanski C.S., Engel S.A. An oblique effect in human primary visual cortex // Nat. Neurosci. 2000. V. 3. P. 535-536.

62. Gabbay M., Brennan C., Kaplan E., Sirovich L. A principle components-based method for the detection of neuronal activity maps: application to optical imaging // Neuroimage. 2000. V. 11. P. 313-325.

63. Ghose G.M., Ts'o D.Y. Form processing modules in primate area V4 // J. • Neurophysiol. 1997. V. 77. P. 2191-2196.

64. Gilbert C.D., Wiesel T.N. The influence of contextual stimuli on the orientation selectivity of cells in primary visual cortex of the cat // Vision Res. 1990. V. 30. P. 1689-1701.

65. Grinvald A., Hildesheim R. VSDI: a new era in functional imaging of cortical dynamics //Nature. 2004. V. 5. P. 874-885.

66. Grinvald A., Lieke E., Frostig R.D., Gilbert C.D., Wiesel T.N. Functional architecture of cortex revealed by optical imaging of intrinsic signals // Nature. 1986. V. 324. P. 361-364.

67. Grinvald A., Frostig R.D., Siegel R.M., Bartfeld E. High-resolution optical imaging of functional brain architecture in the awake monkey // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. V. 88. P. 11559-11563.

68. Heeley D.W., Buchanan-Smith H.M. Recognition of stimulus orientation // Vision Res. 1990. V. 30. P. 1429-1437.

69. Henry G.H., Dreher В., Bishop P.O. Orientation specificity of cells in cat striate cortex//J. Neurophysiol. 1974. V. 37. P. 1394-1409.

70. Hill D.K., Keynes R.D. Opacity changes in stimulated nerve // J. Physiol. 1949. V. 108. P. 278-281.

71. Hubel D.H., Wiesel T.N. Receptive fields, binocular interaction and functional architecture in the cat's visual cortex // J. Physiol. (Engl.). 1962. V. 160. P. 106-154.

72. Hubel D.H., Wiesel T.N. Receptive fields and functional architecture in two non-striate visual areas (18 and 19) of the cat // J. Neurophysiology. 1965. V.28. P. 229289.

73. Hubel D.H., Wiesel T.N. Sequence regularity and geometry of orientation columns in the monkey striate cortex // J. Сотр. Neurol. 1974. V. 158. P. 267-294.

74. Hubel D.H., Wiesel T.N. Functional architecture of macaque monkey visual cortex //Proc. R. Soc. Lond. B. 1977. V. 198. P. 1-59.

75. Kalatsky V.A., Stryker M.P. New paradigm for optical imaging: temporally encoded maps of intrinsic signal // Neuron. 2003. V. 38. P. 529-545.

76. Kim D.S., Matsuda Y., Ohki K, Ajima A., Tanaka S. Geometrical and topological relationships between multiple functional maps in cat primary visual cortex // NeuroReport. 1999. V.10. P. 2515-2522.

77. Kisvarday Z.F., Kim D.S., Eysel U.T., Bonhoeffer T. Relationship between lateral inhibitory connections and the topography of the orientation map in cat visual cortex // Eur. J. Neurosci. 1994. V. 6. P. 1619-1632.

78. Malach R., Tootell R.B., Malonek D. Relationship between orientation domains, cytochrome oxidase stripes, and intrinsic horizontal connections in squirrel monkey area V2 // Cereb. Cortex. 1994. V. 4. P. 151-165.

79. Malach R., Schirman T.D., Harel M., Tootell R.B., Malonek D. Organization of intrinsic connections in owl monkey area MT // Cereb. Cortex. 1997. V. 7. P. 386393.

80. Maldonado P.E., Godecke I., Gray C.M., Bonhoeffer T. Orientation selectivity in pinwheel centers in cat striate cortex // Science. 1997. V. 276. P. 1551-1555.

81. Malonek D., Tootell R.B., Grinvald A. Optical imaging reveals the functional architecture of neurons processing shape and motion in owl monkey area MT // Proc. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 1994. V. 258. P. 109-119.

82. Mansfield R.J.W. Neural basis of the orientation preference in primates // Science. 1974. V. 186. P. 1133-1135.

83. Mansfield R.J. W, Ronner S.F. Orientation anisotropy in monkey visual cortex // Brain Res. 1978. V. 149. P. 229-234.

84. Masino S.A., Frostig R.D. Quantitative long-term imaging of the functional representation of a whisker in rat barrel cortex // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. P. 4942-4947.

85. Mayhew J.E. W., Askew S., Zheng Y, Porrill J., Westby G. W.M., Redgrave P., Rector D.M., Harper R.M. Cerebral vasomotion: a 0.1 -Hz oscillation in reflected light imaging of neural activity // Neuroimage. 1996. V. 4. P. 183-193. .

86. McLoughlin N.P., Blasdel G.G. Wavelength-dependent differences between optically determined functional maps from macaque striate cortex // Neuroimage. 1998. V. 7. P. 326-336.

87. Meister M., Bonhoeffer T. Tuning and topography in an odor map on the rat olfactory bulb // J. Neurosci. 2001. V. 21. P. 1351-1360.

88. Monier C., Chavane F., Baudot P., Graham L.J., Fregnac Y. Orientation and direction selectivity of synaptic inputs in visual cortical neurons: a diversity of combinations produces spike tuning // Neuron. 2003. V. 37(4). P. 663-680.

89. Mountcastle V.B. The columnar organization of the neocortex // Brain. 1997. V. 120. P. 701-722.

90. Mountcastle V.B. Modality and topographic properties of single neurons of cat's somatic sensory cortex // J. Neurophysiol. 1957. V. 4. P. 408-434.

91. Mrsic-Flogel Т., Hubener M., Bonhoeffer T. Brain mapping: new wave optical imaging // Curr. Biol. 2003. V. 13(19). P. 778-780.

92. Nakagama H., Tani Т., Tanaka S. Theoretical and experimental studies of relationship between pinwheel centers and ocular dominance columns in the visual cortex//Neurosci Res. 2006. V. 55(4). P. 370-382.

93. Narayan S.M., Santori E.M., Blood A.J., Burton J.S., Toga A. W. Imaging optical reflectance in rodent barrel and forelimb sensory cortex // Neurolmage. 1994. V. 1. P. 181-190.

94. Nelson J.I., Frost B.J. Intracortical inhibition among co-oriented, co-axially aligned simple cells in cat striate cortex // Experimental Brain Research. 1985. V. 61. № l.P. 54-61.

95. Orban G.A. Neuronal operations in the visual cortex // Berlin: Springer. 1984. 368 p.

96. Orban G.A., Kennedy H. Receptive field organization in areas 17 and 18 of the cat // Arch. Int. Physiol. Biochim. 1979. V. 87. P. 766-767.

97. Orban G.A., Kennedy H. The influence of eccentricity on receptive field types and orientation selectivity in areas 17 and 18 of the cat // Brain Res. 1981. V. 208. P. 203-208.

98. Parriss J.R.A. A technique for testing cat's discrimination of differently oriented rectangles //Nature. 1964. V. 202. P. 771-773.

99. Payne B.R., Berman N., Murphy E.H. Organization of direction preferences in cat visual cortex // Brain Res. 1981. V. 211. P. 445-450.

100. Payne B.R., Peters A., Huebener M., Bonhoeffer Т., Loewel S. et al. Cat primary visual cortex, The. / Edited by: Payne B.R., Peters A. San Diego, California, USA: "Academic press", 2002. - 725 p.

101. Perkel D.H., Bullock Т.Н. Neural coding // Neurosci. Res. Symp. Summ. 1969. V. 6. P. 405-527.

102. Pettigrew J.D., Nikara Т., Bishop P.O. Binocular interaction on single units in cat striate cortex: simultaneous stimulation by single moving slit with receptive fields in correspondence //Exp. Brain Res. 1968. V. 6(4). P. 391-410.

103. Polley D.B., Chen-Bee C.H., Frostig R.D. Two directions of plasticity in the sensory-deprived adult cortex // Neuron. 1999. V. 24. P. 623-637.

104. Purves D., Lotto R.B., Nundy S. Why we see what we do // American Scientist. 2002. V. 90(3). P. 236-243.

105. Ratzlaff E.H., Grinvald A.A. A tandem-lens epifluorescence macroscope: hundred-fold brightness advantage for wide-field imagigng // J. Neurosci Methods. 1991. V. 36. P. 127-137.

106. Rolls E.T. Neurophysiological mechanisms underlying face processing within and beyond the temporal cortical visual areas // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 1992. V. 335(1273). P. 11-21.

107. Rose D., Blakemore C. An analysis of orientation selectivity in the cat's visual cortex // Exp. Brain Res. 1974. V. 20. P. 1-17.

108. Roy C.S., Sherrington C.S. On the regulation of the blood supply to the brain // Journal of pshychology. 1890. V. 11. P. 85-108.

109. Sengpiel F., Bonhoeffer T. Orientation specificity of contrast adaptation in visual cortical pinwheel centres and iso-orientation domains // Eur. J. Neurosci. 2002. V. 15. P. 876-886.

110. Schuett S., Bonhoeffer Т., Hubener M. Mapping of retinotopy in rat visual cortex by combined linear extraction and principle component analysis of optical imaging data // Eur. J. Neurosci. 2000. V. 12(Suppl 11). P. 74.

111. Schuett S., Bonhoeffer Т., Hubener M. Mapping retinotopic structure in mouse visual cortex with optical imaging // J. Neurosci. 2002. V. 22. P. 6549-6559.

112. Shevelev L.A. Functional imaging of the brain by infrared radiation (thermoencephaloscopy) // Progress in Neurobiology. 1998a. V. 56. P. 269-305.

113. Shevelev LA. Second-order features extraction in the cat visual cortex: Selective and invariant sensitivity of neurons to the shape and orientation of crosses and corners //Biosystems. 1998b. V. 48. P. 195-204.

114. Shevelev I.A., Sharaev G.A., Lazareva N.A., Novikova R. V., Tikhomirov A.S. Dynamics of orientation tuning in the cat striate cortex neurons // Neuroscience. 1993. V. 56. №4. P. 865-876.

115. Shevelev J.A., Lazareva N.A., Novikova R. V., Tikhomirov A.S., Sharaev G.A. Double orientation tuning of units in cat visual cortex // Neuroscience. 1994. V. 61. № 4. P. 965-973.

116. Shevelev I.A., Novikova R. V., Lazareva N.A., Tikhomirov A.S., Sharaev G.A. Sensitivity to cross-like figures in the cat striate neurons // Neuroscience. 1995. V.69. №1. P. 51-57.

117. Shevelev I.A., Eysel U. Т., Lazareva N.A., Sharaev G.A. Orientation tuning and receptive field structure in cat striate cortex neurons under local blockade of intracortical inhibition // Neuroscience. 1998a. V. 84. P. 25-36.

118. Shevelev L.A., Jirmann K.-U., Sharaev G.A., Eysel U.T. Contribution of GABAergic inhibition to sensitivity to cross-like figures in striate- cortex // Neuroreport. 1998b. V. 9(14). P. 3153-3157.

119. Shevelev I.A,, Lazareva N.A., Sharaev G.A., Novikova R.V., Tikhomirov A.S. Selective and invariant sensitivity to crosses and corners in cat striate neurons // Neuroscience. 1998c. V. 84. P. 713-721.

120. Shevelev LA, Lazareva NA, Novikova RV, Tikhomirov AS, Sharaev GA, Cuckiridze DY. Tuning to Y-like figures in the cat striate neurons // Brain Res. Bull. 2001. V. 54(5). P. 543-551.

121. Shoham D., Hubener M., Schulze S., Grinvald A., Bonhoeffer T. Spatio-temporal frequency domains and their relation to cytochrome oxidase staining in cat visual cortex//Nature. 1997. V. 385.P. 529-533.

122. Sillito A.M., Grieve K.L., Jones H.E., Cudeiro J., Davis J. Visual cortical mechanisms detecting focal orientation discontinuities // Nature. 1995. V. 378. P. 492-496.

123. Singer W., Tretter F., Cynader M. Organization of cat striate cortex: a correlation of receptive-field properties with afferent and efferent connections // J. Neurophysiol. 1975. V. 38(5). P. 1080-1098.

124. Singer W., Freeman В., Rauschecker J. Restriction of visual experience to a single orientation affects the organization of orientation columns in cat visual cortex. A study with deoxyglucose // Exp. Brain Res. 1981. V. 41. P. 199-215.

125. SirovichL., Everson R.M. Management and analysis of large scientific datasets // Int'l. J. Supercomp. Appl. 1992. V. 6. № 1. P. 50-68.

126. Stepnoski R.A., LaPorta A., Raccuia-Behling F., Blonder G.E., Slusher R.E., Kleinfeld D. Noninvasive detection of changes in membrane potential in cultured neurons by light scattering // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. V. 88. № 21. P. 9382-9386.

127. Stetter M, Schiessl I., Otto Т., Sengpiel F., Hubener M., Bonhoeffer Т., Obermayer К Principal component analysis and blind separation of sources for optical imaging of intrinsic signals // Neurolmage. 2000. V. 11. P. 482-490.

128. Swindale N.V., Shoham D., Grinvald A., Bonhoeffer Т., Hubener M. Visual cortex maps are optimized for uniform coverage // Nat. Neurosci. 2000. V. 3. P. 822826.

129. Tanaka K, Saito H., Fukada Y., Moriya M. Coding visual images of objects in the inferotemporal cortex of the macaque monkey // J. Neurophysiol. 1991. V. 66(1). P. 170-189.

130. Tani Т., Yokoi I., Ito M., Tanaka S., Komatsu H. Functional organization of the cat visual cortex in relation to the representation of a uniform surface // Journal of neurophysiology. 2003. V. 89. P. 1112-1125.

131. Tootell R.B., Silverman M.S., De Valois R.L. Spatial frequency columns in primary visual cortex // Science. 1981. V. 214. P. 813-815.

132. Ts'o D.Y., Frostig R.D., Lieke E.E., Grinvald A. Functional organization of primate visual cortex revealed by high resolution optical imaging // Science. 1990. V. 249. P. 417-20.

133. Ts 'o D. Y., Roe A. W., Gilbert C.D. A hierarchy of the functional organization for color, form and disparity in primate visual area V2 // Vision Res. 2001. V. 41. P. 1333-1349.

134. Tsunoda K., Yamana Y., Nishizaki M., Tanifuji M. Сложные объекты представлены в инферотемпоральной коре макаки комбинацией характеристических колонок //Nature neuroscience. 2001. V. 4(8). P.832-838.

135. Vanzetta /., Grinvald A. Increased cortical oxidative metabolism due to sensory stimulation: implications for functional brain imaging // Science. 1999. V.286. P. 1555-1558.

136. Villringer A, Dirnagl U. Coupling of brain activity and cerebral blood flow: basis of functional neuroimaging // Cerebrovasc. Brain Metab. Rev. 1995. V. 7. P. 240-276.

137. Wang G., Tanaka K., Tanifuji M. Optical imaging of functional organization in the monkey inferotemporal cortex // Science. 1996. V. 272. P. 1665-1668.

138. Wang Y., Fujita I., Murayama Y. Neuronal mechanisms of selectivity for object features revealed by blocking inhibition in inferotemporal cortex // Nature Neuroscience. 2000. V. 3. P. 807-813.

139. Wang G., Ding S., Yunokuchi K. Difference in the representation of cardinal and oblique contours in cat visual cortex //Neurosci. Lett. 2003. V. 338. P. 77-81.

140. Weliky M., Bosking W.H., Fitzpatrick D. A systematic map of direction preference in primary visual cortex // Nature. 1996. V. 379. P. 725-728.

141. White L.E., Coppola D.M., Fitzpatrick D. The contribution of sensory experience to the maturation of orientation selectivity in ferret visual cortex // Nature. 2001. V. 411. P. 1049-1052.

142. Wong-Riley M.T. Histochemical changes in cytochrome oxidase of cortical barrels after vibrissal removal in neonatal and adult mice // PNAS. 1980. V. 71. № 4. P. 2333-2337.

143. Zepeda A., Vaca L., Arias C., Sengpiel F. Reorganization of visual cortical maps after focal ischemic lesions // J. Cereb. Blood Flow Metab. 2003. V. 23. P. 811-820.

144. Zepeda A., Arias C., Sengpiel F. Optical imaging of intrinsic signals: recent developments in the methodology and its applications // Journal of neuroscience methods. 2004. V. 136. P. 1-21.

145. Xiao Y., Wang Y., Felleman D.J. A spatially organized representation of colour in macaque cortical area V2 // Nature. 2003. V. 421. P. 535-539.у /1. Благодарности: