皮質原性フィードバックの光遺伝学的活性化は、LGNニューロンの応答利得を安定化させ、情報符号化を増加させる

Optogenetic activation of corticogeniculate feedback stabilizes response gain and increases information coding in LGN neurons.

• Allison J Murphy
• Luke Shaw
• J Michael Hasse
• Robbe L T Goris
• Farran Briggs

抄録

解剖学的には堅牢であるにもかかわらず、一次視覚野と視床側性状核（LGN）をフィードバック方向に接続する皮質原性回路の機能的役割を確立することは困難であった。増えつつあるエビデンスは、コルチコジェネキュレートフィードバックがLGNニューロンの空間受容野特性を直接的に形作るのではなく、むしろLGNニューロンの応答のタイミングと精度、およびLGNニューロンの情報符号化能力を調節していることを示唆している。我々は、皮質原性フィードバックがLGNニューロンの応答利得を特異的に安定化させ、それによってLGNニューロンの情報符号化能力を増大させることを提案している。McClurkinら（1994）の初期の研究に触発されて、我々はこの仮説を検証するためにコルチコジェネティックなニューロンの活動を操作しました。我々は視能遺伝学的手法を用いて、ドリフトグレーティングとホワイトノイズ刺激に対するLGNニューロンの応答を記録しながら、麻酔をかけたフェレットのコルチ原性ニューロンの活動を選択的かつ可逆的に増強させた。その結果、皮質原性フィードバックの光遺伝的活性化は、LGNの利得変動を系統的に減少させ、LGNニューロン間の情報符号化能力を増加させることがわかった。また、皮質原性ニューロンの光遺伝的活性化は、ドリフトグレーティングやホワイトノイズ刺激に対するLGN応答においても同様の情報符号化能力の増加をもたらしました。これらの結果から、皮質原性フィードバックがLGNの応答精度と情報符号化能力に及ぼす影響は、利得変動の減少を介して媒介される可能性があることが示唆された。

In spite of their anatomical robustness, it has been difficult to establish the functional role of corticogeniculate circuits connecting primary visual cortex with the lateral geniculate nucleus of the thalamus (LGN) in the feedback direction. Growing evidence suggests that corticogeniculate feedback does not directly shape the spatial receptive field properties of LGN neurons, but rather regulates the timing and precision of LGN responses and the information coding capacity of LGN neurons. We propose that corticogeniculate feedback specifically stabilizes the response gain of LGN neurons, thereby increasing their information coding capacity. Inspired by early work by McClurkin et al. (1994), we manipulated the activity of corticogeniculate neurons to test this hypothesis. We used optogenetic methods to selectively and reversibly enhance the activity of corticogeniculate neurons in anesthetized ferrets while recording responses of LGN neurons to drifting gratings and white noise stimuli. We found that optogenetic activation of corticogeniculate feedback systematically reduced LGN gain variability and increased information coding capacity among LGN neurons. Optogenetic activation of corticogeniculate neurons generated similar increases in information encoded in LGN responses to drifting gratings and white noise stimuli. Together, these findings suggest that the influence of corticogeniculate feedback on LGN response precision and information coding capacity could be mediated through reductions in gain variability.