脳の状態に関わらず、海綿状皮質の臭気表現を安定化させるためには、リカレント回路が必要とされます

Recurrent circuitry is required to stabilize piriform cortex odor representations across brain states.

• Kevin A Bolding
• Shivathmihai Nagappan
• Bao-Xia Han
• Fan Wang
• Kevin M Franks

抄録

パターン補完とは、ノイズや部分的な手がかりから安定した神経活動パターンを取り出す能力であり、記憶の基本的な特徴です。理論的研究では、再帰的に接続された自己連想型または離散型アトラクターネットワークがこのプロセスを実行できることが示されています。パターン補完とアトラクターダイナミクスは、様々なリカレント神経回路で観察されていますが、これらのプロセスを実行するためにリカレント回路が果たす役割は明らかにされていません。頭部固定マウスの記録では、ケタミン/キシラジン麻酔下では嗅球の嗅覚反応が低下する一方で、直下流の鳥状皮質では反応が安定していることが明らかになった。嗅球の嗅覚表象を安定化させるためには、再帰的な接続が必要であることが明らかになった。さらに、鳥状皮質の嗅覚表象は、試行内でも試行間でもアトラクターの動態を示しており、再帰性回路を排除すると、これらの動態も廃止されます。本研究では、再帰的に接続された海賊状個体群が劣化した入力に応答して感覚表象を安定化させることを明らかにし、海賊状皮質の自己連想機能が再帰回路によって支えられていることを示した。

Pattern completion, or the ability to retrieve stable neural activity patterns from noisy or partial cues, is a fundamental feature of memory. Theoretical studies indicate that recurrently connected auto-associative or discrete attractor networks can perform this process. Although pattern completion and attractor dynamics have been observed in various recurrent neural circuits, the role recurrent circuitry plays in implementing these processes remains unclear. In recordings from head-fixed mice, we found that odor responses in olfactory bulb degrade under ketamine/xylazine anesthesia while responses immediately downstream, in piriform cortex, remain robust. Recurrent connections are required to stabilize cortical odor representations across states. Moreover, piriform odor representations exhibit attractor dynamics, both within and across trials, and these are also abolished when recurrent circuitry is eliminated. Here, we present converging evidence that recurrently-connected piriform populations stabilize sensory representations in response to degraded inputs, consistent with an auto-associative function for piriform cortex supported by recurrent circuitry.

© 2020, Bolding et al.