Analysis of the Tecto-Thalamo-Caudate Nucleus System in the feline and macaque brain: Anatomy, Physiology, Function, and Possible Evolutionary Significance  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75156
Type PD
Principal investigator Nagy, Attila
Title in Hungarian A tecto-thalamo-nucleus caudatus rendszer anatómiai, élettani és funkcionális vizsgálata házimacskában és makákó majomban
Title in English Analysis of the Tecto-Thalamo-Caudate Nucleus System in the feline and macaque brain: Anatomy, Physiology, Function, and Possible Evolutionary Significance
Keywords in Hungarian nucleus caudatus, extragenikuláris vizuális rendszer, visuomotor kontroll, makákó majom, házimacska
Keywords in English nucleus caudatus, extrageniculate visual pathways, visuomotor control, macaque monkey, cat
Discipline
Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)70 %
Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Panel Neurosciences
Department or equivalent Department of Physiology (University of Szeged)
Participants Berényi, Antal
Starting date 2009-01-01
Closing date 2012-12-31
Funding (in million HUF) 7.685
FTE (full time equivalent) 3.68
state closed project
Summary in Hungarian
A tervezett élettani és anatómiai kutatás a nucleus caudatusban (NC) zajló vizuális információfeldolgozás alapvető törvényszerűségeit kívánja vizsgálni. A korábbi tanulmányok arra utaltak, hogy a geniculo-striatalis rendszer az elsődleges forrása a NC-hoz jutó vizuális információnak, míg az újabb eredmények a magzatburkos élőlények felszálló extrageniculo-extrastriatalis tectalis pályarendszerének szerepét hangsúlyozzák. Elsődleges célunk a korábban hüllőkben, madarakban és szubprimata emlősökben leírt felszálló tecto-thalamo-bazális ganglion pályarendszer létezésének igazolása a főemlős agyban.
Megvizsgáljuk a vizuális információ neuronális kódját a NC-ban. Továbbá a NC vizuomotoros működésekben feltételezett szerepét (miszerint a NC-ba jutó vizuális információ a környezetnek az állat saját mozgása során létrejövő változásának visszajelzése) az NC neuronok időbeli és térbeli vizuális tulajdonságok leírása után vizuálisan irányított, célirányos kézmozgásos viselkedési feladatban (reach paradigma) fogjuk vizsgálni. Morfológiai kísérleteinkben feltárjuk a NC-hoz futó vizuális afferentációt hozó pályákat. Kísérleteinket felnőtt, altatott, immobilizált, mesterségesen lélegeztetett házimacskán és éber, viselkedő makákó majmokon végezzük.
Eredményeink választ adhatnak azon kérdésekre, hogy hogyan történik a vizuális információ valósághű kódolása a bazális ganglion rendszeren belül. Vizsgálatainkkal közelebb juthatunk a NC szenzomotoros integrációban betöltött szerepének feltárásához, és a bazális ganglionok károsodása esetén fellépő betegségek patomechanizmusának megértéséhez.
Summary
The planned physiological and anatomical research is aimed at the investigation of the fundamental laws governing visual information processing in the nucleus caudatus (NC). Earlier studies point the geniculo-striatal system out as the primary source of visual input to the NC, while more recent findings emphasize the role of the ascending extrageniculo-extrastriatal tectal pathways in amniotic mammals. Our primary goal is to verify the existence of an ascending tecto-thalamo-basal ganglia pathway in the primate brain, which is already described in reptiles, birds and subprimates.
Neuronal coding of visual information is going to be examined in the NC. Furthermore, we are also going to investigate into the role of the NC in visuomotor functions (assuming that visual input to the NC serves as feedback about perceived alterations in the environment induced by the animal’s own movement). This is going to be examined in a reach paradigm (visually governed manual motor task), after having determined the spatial and temporal characteristics of NC neurons. Our morphological experiments serve the purpose of describing the pathways carrying visual input to the NC. The subjects in our experiments are anaesthetized, immobilized, artificially respirated cats, and awake, behaving macaque monkeys.
Our results may offer answers to questions regarding realistic coding of visual information in the basal ganglia, we may throw some light on the role of the NC in sensorimotor integration, and our experiments might help a better understanding of the pathomechanism of diseases related to lesions in the basal ganglia as well.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Morfológiai kísérleteinkben igazoltuk a tecto-thalamo-corticalis tengely (colliculus superior (CS)-nucleus suprageniculatus (Sg)-anterior ectosylvius kéreg (AES)) és a bazális ganglionok anatómiai kapcsolatát. A substantia nigra pars reticularisból (SNr) érkező afferensek a Sg-ban kapcsolódnak át a nucleus caudatus (NC) felé. Hasonló módon a Sg az átkapcsoló állomás a CS-ból érkező afferensek és az AES kéreg között. Igazoltuk továbbá az AES asszociációs kéregrészből a NC-hoz futó direkt vizuális pályát is. Az egysejt aktivitások és a mezőpotenciálok keresztkorrelációs analízise is a NC és a felszálló tectofugális vizuális rendszer szoros kapcsolatát mutatta, amiben döntő szerepe van a hátsó thalamus Sg magjának. A felszálló tectofugalis rendszer időbeli és térbeli vizuális tulajdonságainak vizsgálatával igazoltuk, hogy a CS-ban, a NC-ben, a Sg-ban és az AES kéregben levő neuronok hatékony időbeli és térbeli szűrőként működnek az alacsony térbeli és magas időbeli frekvenciadoménen belül. Megszerkesztettük továbbá a NC neuronok spatio-temporalis spectralis receptív mezőit és igazoltuk a térbeli vizuális információ megosztott populációs kódját a NC-ban. Eredményeink szerint a felszálló tectofugális rendszer és a vele szoros kapcsolatban levő bazális ganglionok közös szereppel bírnak a mozgások és a sebesség érzékelésében, aktivitásuk a mozgások során bekövetkező szenzoros változásokat is tükrözi, és így hozzájárulnak a szenzomotoros működések koordinálásához.
Results in English
In our morphological experiments we established the existence of anatomical connections between the superior colliculus (CS)- suprageniculate nucleus (Sg)- anterior ectosylvian cortex (AES) tecto-thalamo-cortical axis and the basal ganglia. Afferentation from the reticular part of the substantia nigra (SNr) is relayed toward the caudate nucleus (CN) via Sg. Likewise, Sg is a relay for afferentation of CS origin toward AES. A direct visual pathway from AES to CN has also been described. A cross-correlation analysis of single unit activity and local field potentials revealed a strong connection between CN and the ascending tectofugal visual system, in which Sg plays a major role. Through the analysis of the temporal and spatial visual response characteristics we verified that neuron sin CS, CN, Sg and AES act as temporal and spatial filters in the low spatial and high temporal frequency domain. The spatio-temporal spectral receptive field of CN neurons has been determined and the existence of distributed population coding within CN has been established. Our results suggest that the ascending tectofugal system and the basal ganglia detect motion and speed in strong interconnection, and their activity also reflects sensory changes during motion, therefore, they jointly support the coordination of sensorimotor functions.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75156
Decision
Yes





 

List of publications

  
HOSHINO K, EÖRDEGH G, NAGY A, BENEDEK G, NORITA M: Overlap of nigrothalamic terminals and thalamostriatal neurons in the feline lateralis medialis-suprageniculate nucleus, ACTA PHYSIOL HUNG 96: 203-211, 2009
HOSHINO K, HORIE M, NAGY A, BERÉNYI A, BENEDEK G, NORITA M: Direct synaptic connections between superior colliculus afferents and thalamo-insular projection neurons in the feline suprageniculate nucleus: a double-labeling study wi, NEUROSCI RES doi:10.1016/j.neures.2009.09.002, 2009
FARKAS Á, TSAROUCHAS N, GOMBKÖTŐ P, NAGY A, BENEDEK G, BEZERIANOS A, BERÉNYI A: Correlation between visual stimulus eccentricity and multiscale neuronal activity in the lateral geniculate nucleus, CONF PROC IEEE ENG MED BIOL SOC 1: 6810-6813, 2009
MÁRKUS Z, BERÉNYI A, PARÓCZY Z, WYPYCH M, WALESZCZYK WJ, BENEDEK G, NAGY A: Spatial and temporal visual properties of the neurons in the intermediate layers of the superior colliculus, NEUROSCI LETT 454: 76-80, 2009
BERÉNYI A, GOMBKÖTŐ P, FARKAS Á, PARÓCZY Z, MÁRKUS Z, AVERKIN R, BENEDEK G, NAGY A: How moving visual stimuli modulate the activity of the substantia nigra pars reticulata, NEUROSCIENCE 163: 1316-1326, 2009
MÁRKUS Z, ROKSZIN A, BERÉNYI A, PARÓCZY Z, BRAUNITZER G, BENEDEK G, NAGY A: Spatial visual information processing in the caudate nucleus, ARVO 2009, Fort Lauderdale, USA, 3-7. May 2009 A259, 2009
BENEDEK G, FARKAS A, BERÉNYI A, NAGYPÁL T, NAGY A: Orderly arranged location/direction vectors in the visually sensitive part of the feline caudate nucleus, Society for Neuroscience 39th Annual Meeting, Chicago, USA, October 17-21, 2009 P849.2, 2009
Rokszin A, Márkus Z, Braunitzer G, Berényi A, Wypych M, Waleszczyk WJ Benedek G, Nagy A: Spatio-temporal visual properties in the ascending tectofugal system, CENT EUR J BIOL 5: 21-30, 2010
Nagy A, Berényi A, Wypych M, Waleszczyk WJ, Benedek G: Spectral receptive field properties of visually active neurons in the caudate nucleus, Neurosci Lett 480: 148-153, 2010
Rokszin A, Márkus Z, Braunitzer G, Berényi A, Benedek G, Nagy A: Visual pathways serving motion detection in the mammalian brain, Sensors 10: 3218-3242, 2010
Hoshino K, Horie M, Nagy A, Berényi A, Benedek G, Norita M: Direct synaptic connections between superior colliculus afferents and thalamo-insular projection neurons in the feline suprageniculate nucleus: a double-labeling, Neurosci Res 66: 7-13, 2010
Gombkötő P, Berényi A, Rokszin A, Benedek G, Nagy A: Cross-correlation analysis of visually evoked local field potentials in the caudate nucleus and the suprageniculate nucleus of the posterior thalamus, IBRO International Workshop, Pécs, Hungary, 21-23 January, 2010, P4-12, 2010
Nagy A, Rokszin A, Berényi A, Nagy A, Gombkötő P, Márkus Z, Benedek G: Cross-correlation analysis of the temporal interactions between the suprageniculate nucleus of the posterior thalamus and the caudate nucleus, Society for Neuroscience 40th Annual Meeting, San Diego, USA, November 13-17, 2010 P686.18, 2010
Rokszin A, Gombköto P, Berényi A, Márkus Z, Braunitzer G, Benedek G, Nagy A: Visual stimulation synchronizes or desynchronizes the activity of neuron pairs between the caudate nucleus and the posterior thalamus, Brain Res 1418: 52-63, 2011
Nagy AJ, Gulya K, Benedek G, Nagy A: Tecto-thalamo-striatal visual pathway int he primate, IBRO International Workshop, Szeged, Hungary, January 19-21, P5.18, 2012
Nagy A, Gulya K, Benedek G, Nagy A: Tecto-thalamo-striatal visual pathway in the primate, IBRO International Workshop, Pécs, Hungary, 21-23 January, 2010, P4-23, 2010
Gombkötő P, Berényi A, Benedek G, Nagy A: Optic flow detection in the caudate nucleus of the primate., Society for Neuroscience 41st Annual Meeting, San Diego, USA, November 12-16, 2011, P270.18, 2011
Nagy AJ, Berényi A, Gulya K, Norita M, Benedek G, Nagy A: Direct projection from the visual associative cortex to the caudate nucleus in the feline brain, Nerosci Lett 503: 52-57, 2011
Gombkötő P, Rokszin A, Berényi A, Braunitzer G, Utassy G, Benedek G, Nagy A: Neuronal code of spatial visual information int he caudate nucleus, Neuroscience 182: 225–231, 2011
Nagypál T, Nagy JA, Gombkötő P, Berényi A, Benedek G, Nagy A: Responses of caudate nucleus neurons to optic flow stimulus in behaving cat, IBRO International Workshop, Szeged, Hungary, January 19-21, P5.19, 2012
Wypych M, Wang C, Nagy A, Benedek G, Dreher B, Waleszczyk WJ: Standardized F1 - A consistent measure of strength of modulation of visual responses to sine-wave drifting gratings, Vision Res 72: 14-33, 2012




 

Events of the project

  
2023-08-09 16:02:23
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Élettan (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Élettani Intézet (Szegedi Tudományegyetem).
2010-02-05 14:30:27
Résztvevők változása



Back »