Wiring functional tactile cortical maps: combined optical imaging and light- and electron microscopic tract tracing studies in the primate somatosensory cortex  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
79366
Type NN
Principal investigator Négyessy, László
Title in Hungarian Funkcionális taktilis kérgi reprezentációk huzalozása: kombinált „optical imaging” valamint fény- és elektronmikroszkópos pályajelöléses vizsgálatok a főemlősök szomatoszenzoros kérgében
Title in English Wiring functional tactile cortical maps: combined optical imaging and light- and electron microscopic tract tracing studies in the primate somatosensory cortex
Keywords in Hungarian tapintás, gyorsan adaptálódó, lassan adaptálódó, mozgás, tulajdonság alapú leképeződés, somatotopia, kérgi hierarchia
Keywords in English tactile perception, fast adapting, slowly adapting, motion, feature-based map, somatotopy, cortical hierarchy
Discipline
Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)60 %
Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Cognition (e.g. learning, memory, emotions, speech) (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Panel Neurosciences
Department or equivalent RMI - Komputációs Tudományok Osztálya (Wigner Research Centre for Physics)
Participants Ashaber, Mária
Kántor, Orsolya
Pálfi, Emese
Palmer, Cory
Starting date 2010-01-01
Closing date 2013-12-31
Funding (in million HUF) 6.127
FTE (full time equivalent) 9.88
state closed project
Summary in Hungarian
A tervezett kutatás kollaborációban valósul meg Professzor Anna W. Roe-val aki a Vanderbilt Egyetem (Nashville, TN, USA) Pszichológia Tanszékén dolgozik. Célunk a taktilis információ-feldolgozás neuroanatómiai alapjainak tanulmányozása főemlősök (Saimiri sciureus) szomatoszenzoros kérgében. A javasolt kutatás a külföldi partner által végzett „optical imaging” és neurofiziológiai mérésekkel szoros összhangban áll. Hasonlóan a vizuális kérgi tanulmányokhoz, célunk a szomatoszenzoros kérgi neuronális kapcsolatok vizsgálata fény- és elektron mikroszkópos szinten pályajelölő anyagok célzott injektálása segítségével, majd a jelölt kapcsolatok eloszlásának és a funkcionális kérgi reprezentációk viszonyának elemzésével. A javasolt kutatás segítségével kiterjeszthetjük a kérgi szerveződéssel kapcsolatos ismereteinket, mert ellentétben a vizuális kéreggel a szomatoszenzoros kérgi kapcsolatok topográfiája, modalitás-specificitása és szinaptikus szerveződése a főemlősökben nem ismert. A javasolt kutatás sikere meghatározó mértékben függ az OTKA által támogatandó fiatal kutató alkalmazásától, aki elsajátítja a kombinált kísérletek elvégzéséhez szükséges ismereteket. A külföldi partnernél megszerzett tudás szükséges lesz a pályázó kutatóhelyén felállított, Dr. Roe által meghatározatlan időre kölcsönzött „optical imaging” rendszer működtetéséhez. A kutatás reményeink szerint használható eredményeket produkál idegi protézisek fejlesztéséhez, ami a pályázó kutatóhelyének egyik fő célja.
Summary
This research will be done in collaboration with Professor Anna W. Roe at Department of Psychology, Vanderbilt University, Nashville, TN, USA. We aim to investigate the neuroanatomical basis of tactile information processing in the somatosensory cortex of the squirrel monkey. The studies proposed in this OTKA will be integrated with the optical imaging and neurophysiological studies conducted by Dr Roe’s group. The goal is to examine anatomical circuitries both at the light- and electron microscopic levels within somatosensory cortex by making focal injections of neuronal tracers and to correlate patterns of label with functional organization and perceptual processes similarly as shown previously in the visual cortex. These studies are expected to generate novel findings in regard to cortical organization as, unlike the visual cortex, topography and submodality specificity of neuronal connections and their synaptic organization is not known in the primate somatosensory cortex. The success of this proposal depends on the recruitment of young researchers with the support of OTKA, who will be trained to perform the combined experiments. Expertise acquired in the foreign laboratory will be necessary to run optical imaging experiments on a system lent to our laboratory by Dr Roe. Knowledge gathered during the project can be used in the development of neuroprosthetic devices, which is one of the major activities at the applicant’s research site.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A tapintás során a percepcióért felelős szomatoszenzoros agykérgi régió idegi összeköttetéseit vizsgáltuk főemlősökben. Kimutattuk, hogy az área 3b-ben és área 1-ben a tapintásban kitüntetett szerepet játszó ujjbegy reprezentációk a szomszédos ujjbegyeket reprezentáló agykérgi területekkel létesítenek kölcsönös kapcsolatokat. Ezen kívül área 1-ben az ujjbegy reprezentáció kapcsolódik az adott ujj proximálisabb részeit reprezentáló kérgi régiókkal is. A két szomatoszenzoros kérgi área között az összeköttetés az azonos ujjbegyet reprezentáló régiókra lokalizálódik. Ez az áreák közötti kapcsolatmintázat jellemző az área 2 és 3a előző, área 3b-vel és área 1-el létesített kapcsolataira is. Elektrofiziológiai és funkcionális MRI módszerekkel elsőként mutattuk ki, hogy a fent leírt anatómiai konnektivitás erőteljes funkcionális kapcsoltságot biztosít az ujjbegy reprezentációk között a nyugalmi állapotú agyban. Továbbá azt találtuk, hogy az área 3b-hez képest az área 1 összeköttetései jobban szétterjednek: nagyobb szomatotopikus reprezentációt fednek le. A kapcsolatok mindkét kérgi áreában döntően a felső rétegekre lokalizálódnak és a főleg parvalbumin tartalmú gátló sejteket céloznak meg.
Results in English
We studied the neural connectivity of somatosensory cortical areas responsible for tactile perception. We showed that in areas 3b and 1 the representation of the distal finger pads, which play significant role in touch, are connected to the neighboring distal finger pad representations in a reciprocal way. In addition, within area 1 the distal finger pad representation forms connections with regions representing more proximal parts of the glabrous finger. Connections between the two somatosensory cortical areas are localized to the representation of the same distal finger pad representations. Similar pattern of inter-areal connections of areas 3b and 1 was observed with areas 2 and 3a. Using electrophysiology and functional MRI we showed for the first time that the anatomical connectivity forms the basis of a strong functional coupling between the distal finger pad representations in the resting brain. We also found that connections of area 1 are more widespread occupying larger somatotopic space than that of area 3b. The connectivity of both areas is localized mostly to the superficial layers and targeted mainly parvalbumin containing inhibitory interneurons.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=79366
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kántor O, Varga A, Kovács-Öller T, Enzsöly A, Balogh L, Baksa G, Szepessy Z, Fonta C, Roe AW, Nitschke R, Szél A, Négyessy L, Völgyi B, Lukáts A.: TNAP activity is localized at critical sites of retinal neurotransmission across various vertebrate species, Cell Tissue Res. 2014 Oct;358(1):85-98., 2014
Kántor O, Varga A, Tóth R, Énzsöly A, Pálfi E, Kovács-Öller T, Nitschke R, Szél Á, Völgyi B, Négyessy L, Somogyvári Z, Lukáts Á.: The stratified organization and disorganization of the inner plexiform layer revealed by TNAP activity in healthy and diabetic rat retina., Cell Tissue Res. (in press),
Négyessy L, Ashaber M, Pálfi E, Kántor O, Palmer C, Friedman RM, Chen LM, Roe AW: Ujjbegy reprezentációk összeköttetései a szomatoszenzoros kéregben, 17. Magyar Látás Szimpózium, Budapest, 2011
Ashaber M, Pálfi E, Palmer C, Kantor O, Friedman RM, Chen LM, Roe AW, Négyessy L: Circuitries of finger pad representations in primate somatosensory cortex, IBRO International Workshop 2012, Szeged. page 8, 2012
Ashaber M., Pálfi E., Palmer C., Kantor O., Friedman R.M., Roe A.W. and Négyessy L.: Connectional Hierarchy In The Primary Somatosensory Cortex Of Primates., Presentation Code: p111.15 - Abstract Number: 2654. The 8th FENS Forum of Neuroscience, July 14-18, 2012, Barceloa, Spain. Poster, 2012
Pálfi E., Ashaber M., Palmer C., Kantor O., Friedman R.M., Roe A.W. and Négyessy L.: Parallel organization of somatosensory cortical connections in the squirrel monkey: focus on the hand representation of areas 3b and 1., The 8th FENS Forum of Neuroscience, July 14-18, 2012, Barceloa, Spain. Poster, 2012
Z. Wang, R.M. Friedman, L. Chen, L. Negyessy, A.W. Roe.: Correlation of anatomical and resting state functional interactions within primary somatosensory cortex of monkeys., Program No. 377.22/SS16. Society for Neurosceince, 2012 Neuroscience Meeting Planner. New Orleans, LA: Society for Neuroscience, October 13-17, 2012. Online. Poster, 2012
Negyessy L, Palfi E, Ashaber M, Palmer C, Jakli B, Friedman RM, Chen LM, Roe AW: Intrinsic horizontal connections process global tactile features in the primary somatosensory cortex: Neuroanatomical evidence., J COMP NEUROL 521: (12) 2798-2817, 2013
Zheng Wang, Li Min Chen, László Négyessy, Robert M Friedman, Arabinda Mishra, John C Gore, Anna W Roe: The Relationship of Anatomical and Functional Connectivity to Resting-State Connectivity in Primate Somatosensory Cortex, NEURON 78: (6) 1116-1126, 2013
Ashaber M, Pálfi E, Friedman RM, Palmer C, Jákli B, Chen LM, Kántor O, Roe AW, Négyessy L.: Connectivity of somatosensory cortical area 1 form an anatomical substrate for the emergence of multifinger receptive fields and complex feature selectivity in the squirrel monkey (Saimiri sciureus), J Comp Neurol. doi: 10.1002/cne.23499., 2013
E Pálfi, AW Roe, R Friedman, LM Chen, BC Dillenburger, C Palmer and L Négyessy: Overlap of connections of fingertip representations in the somatosensory cortex of the squirrel monkey, Front. Neurosci. doi: 10.3389/conf.fnins.2010.10.00256, 2010
Négyessy L, Ashaber M, Pálfi E, Palmer C, Friedman RM, Chen LM, Roe AW: Funkcionális modulok neuronális összeköttetései: Mit látunk a szomatoszenzoros kéregben?, https://sites.google.com/site/latasszimpozium2010/, 2010
Pálfi, E.; Ashaber, M.; Palmer, C.; Friedman, R. M.; Roe, A. W.; Négyessy, L.: Reciprocal organization of somatosensory cortical areas 3b and 1 in the squirrel monkey, http://mitt2011.elte.hu/index.html, 2011
Ashaber, M.; Pálfi, E.; Palmer, C.; Friedman, R.; Chen, L.; Roe, A.; Négyessy, L.: Preferential connections of area 1 fingertip representation in primary somatosensory cortex of squirrel monkey, http://mitt2011.elte.hu/index.html, 2011
E. Pálfi, O. Kántor, M. Ashaber, A.W. Roe, R.M. Friedman, C. Dávid, R. Nitschke, L. Négyessy.: Areal and laminar distribution of interneurons targeted by somatosensory cortical afferents in the non-human primate Samiri sciureus, IBRO Workshop 2014 January 16.-17. Debrecen, Hungary, 2014




 

Events of the project

  
2018-01-11 13:43:24
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: RMI - Elméleti Osztály (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont), Új kutatóhely: RMI_ Komputációs Tudományok Osztálya (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont).
2012-07-11 11:10:32
Résztvevők változása
2011-11-22 13:21:07
Résztvevők változása
2010-03-24 09:06:18
Résztvevők változása



Back »