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Through the eyes of a mouse lemur - understanding the evolutionary emergence of visual cortical columns through cellular imaging, optimization theory, and visual behavior in a miniature primate

English title Through the eyes of a mouse lemur - understanding the evolutionary emergence of visual cortical columns through cellular imaging, optimization theory, and visual behavior in a miniature primate
Applicant Huber Daniel
Number 190060
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Dépt des Neurosciences Fondamentales Faculté de Médecine Université de Genève
Institution of higher education University of Geneva - GE
Main discipline Neurophysiology and Brain Research
Start/End 01.07.2020 - 30.06.2023
Approved amount 481'487.00
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Keywords (3)

Systems Neuroscience; Visual Cortex; Mouse Lemur

Lay Summary (German)

Lead
In diesem Gemeinschaftsprojekt werden wir den kleinsten Primaten der Welt, den Mausmaki (Microcebus murinus), als Modellsystem verwenden, um zu untersuchen, wie sich die dem Sehvermögen der Primaten zugrunde liegenden Gehirnkreisläufe entwickelten.
Lay summary
Die neurowissenschaftliche Forschung verlagert sich zunehmend auf Mäuse als Tiermodell. Die wichtige zugrunde liegende Annahme ist, dass sich die Ergebnisse über die Arten hinweg verallgemeinern und für Primaten und letztlich auch für den Menschen relevant sind. Viele Hirnkreisläufe, einschließlich des visuellen Kortex, zeigen jedoch bemerkenswerte Unterschiede in der Organisation über die verschiedenen Ordnungen hinweg. Der Mausmaki (Microcebus murinus), ein kleiner Halbaffe aus Madagaskar, stellt ein ideales Modellsystem zur Untersuchung des visuellen Systems der Primaten dar. Sie sind hoch visuelle Tiere und gelten als einzigartiges evolutionäres Modell, da sie viele Merkmale früher Primaten tragen. Darüber hinaus sind sie so gross wie eine Maus, leicht zu züchten und zu handhaben, wodurch viele der ursprünglich für die neurowissenschaftliche Forschung an Nagetieren entwickelten molekularen und optischen Bildgebungswerkzeuge eingesetzt werden können. Durch die Kombination modernster experimenteller und rechnergestützter Ansätze hoffen wir, einen besseren evolutionären Rahmen für das Sehvermögen der Primaten zu schaffen.
Direct link to Lay Summary Last update: 19.04.2020

Responsible applicant and co-applicants

Abstract

Functional cortical columns, groups of neurons of similar tuning properties vertically spanning the layers of the cerebral cortex, are widely considered a fundamental unit of neocortical organization. In the primary visual cortex (V1) of primates and carnivores key examples are orientation columns, local groups of neurons responding to visual contours of similar orientation. Recent research on rodent visual cortex, however, has established beyond reasonable doubt that such an arrangement of orientation selective neurons in functional cortical columns is not universal but one of at least two possible design alternatives: In rodents such as mice, rats, and squirrels V1 neurons of different orientation preferences are spatially intermingled in a distinct “salt-and-pepper” pattern. Accumulating evidence suggests that not only the cells’ positioning but also the neuronal circuits of the visual cortical network are distinctly different between rodents and primates. Nevertheless, rodents and primates are closely related, with rodents likely retaining the organization of the visual cortex of their common ancestor. Thus, after their divergence, brain evolution in the primate lineage must have led to a fundamental transformation of visual cortical circuitry. The nature and adaptive value of this transformation, however, are not well understood. Paleobiological studies have reconstructed the first true primates as small nocturnal, arboreal foragers and hunters of the tropical forest. Studies of vision and visual cortex in species that share or retain these traits, lifestyle, and habitat thus promise to elucidate the nature of the fundamental transformation in visual cortical circuits leading to the emergence of functional cortical columns. Do intermediate visual cortical circuit architectures exist? If yes, what are their features? And which evolutionary forces and mechanisms might have driven the fundamental reorganization of visual cortex near the origin of modern primates? Here we propose to address these questions in theoretical and experimental studies of visual cortex and visually guided behavior of the mouse lemur (Microcebus murinus), a basal strepsirhine primate.
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