聴覚前脳における協調的な多次元刺激表現の特徴的な現れ方

Distinct Manifestations of Cooperative, Multidimensional Stimulus Representations in Different Auditory Forebrain Stations.

• Jonathan Y Shih
• Kexin Yuan
• Craig A Atencio
• Christoph E Schreiner

抄録

聴覚ニューロンの古典的なスペクトロテモラル受容野(STRF)は、通常、単一の刺激特徴を表す単一の線形フィルタとして表現される。マルチフィルターSTRFモデルは、複数の刺激特徴を捉えることができるため、一次聴覚野(A1)ニューロンの刺激-反応関係をより正確に表現することができる。マルチフィルター処理がA1に特有のものであるかどうかを判断するために、ケタミン麻酔を施した猫の内側geniculate body（MGB）、前聴覚野（AAF）、A1におけるシングルフィルターとマルチフィルターのSTRFモデルの有用性を比較した。我々は、スパイクトリガー平均法(STA)と最大情報量次元法(MID)の両方の手法を用いてSTRFを推定した。3つのステーションにおける第1最大情報量次元(MID1)と第2最大情報量次元(MID2)の基本的なフィルタ特性を比較したところ、MGBvとA1ではAAFと比較してMID2のスペクトル統合の幅が広いことが明らかになった。MID2のピークレイテンシは、3つのステーションすべてにおいて、STAやMID1よりもかなり長かった。2-フィルターMIDモデルはより多くの情報を捉え、3つの領域すべての多くのニューロンでより良い予測をもたらしたが、MGBvと比較してAAFとA1では不釣り合いに多くの情報が得られた。このことは、これらの3つの領域がどのようにして情報を獲得しているのかということに大きな違いがあることを示している。このことは、効果的で相乗的なマルチフィルター処理で表現されるように、これら3つの前脳局が聴覚情報をどのように処理しているかに大きな違いがあることを示している。

Classic spectrotemporal receptive fields (STRFs) for auditory neurons are usually expressed as a single linear filter representing a single encoded stimulus feature. Multifilter STRF models represent the stimulus-response relationship of primary auditory cortex (A1) neurons more accurately because they can capture multiple stimulus features. To determine whether multifilter processing is unique to A1, we compared the utility of single-filter versus multifilter STRF models in the medial geniculate body (MGB), anterior auditory field (AAF), and A1 of ketamine-anesthetized cats. We estimated STRFs using both spike-triggered average (STA) and maximally informative dimension (MID) methods. Comparison of basic filter properties of first maximally informative dimension (MID1) and second maximally informative dimension (MID2) in the 3 stations revealed broader spectral integration of MID2s in MGBv and A1 as opposed to AAF. MID2 peak latency was substantially longer than for STAs and MID1s in all 3 stations. The 2-filter MID model captured more information and yielded better predictions in many neurons from all 3 areas but disproportionately more so in AAF and A1 compared with MGBv. Significantly, information-enhancing cooperation between the 2 MIDs was largely restricted to A1 neurons. This demonstrates significant differences in how these 3 forebrain stations process auditory information, as expressed in effective and synergistic multifilter processing.

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