Project

Back to overview

Neural population dynamics of primate cognition

English title Neural population dynamics of primate cognition
Applicant Mante Valerio
Number 157539
Funding scheme SNSF Professorships
Research institution Institut für Neuroinformatik Universität Zürich Irchel und ETH Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Neurophysiology and Brain Research
Start/End 01.10.2015 - 30.09.2019
Approved amount 1'588'241.00
Show all

Keywords (10)

prefrontal cortex; cognition; awake behaving primates; population responses; executive function; dynamical systems; attention; artificial neural networks; electrophysiology; decision making

Lay Summary (German)

Lead
Alle unsere Gedanken und Handlungen sind das Ergebnis der kollektiven Aktivität unzähliger Nervenzellen, die ihre Funktionen nicht eigenständig ausführen, sondern als Teil von komplexen, das ganze Hirn umspannenden Netzwerken. Mit Hilfe neuer experimenteller Verfahren werden wir in nicht-humanen Primaten die Aktivität dieser kaum erforschten Netzwerke direkt messen und dabei Einsichten in Hirnfunktionen erhalten, die in der Vergangenheit unerreichbar waren.
Lay summary

Alle unsere Gedanken und Handlungen sind das Ergebnis der kollektiven Aktivität unzähliger Nervenzellen, die ihre Funktionen nicht eigenständig ausführen, sondern als Teil von komplexen, das ganze Hirn umspannenden Netzwerken. Mit Hilfe neuer experimenteller Verfahren werden wir in nicht-humanen Primaten die Aktivität dieser kaum erforschten Netzwerke direkt messen und dabei Einsichten in Hirnfunktionen erhalten, die in der Vergangenheit unerreichbar waren.

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, normale und beeinträchtigte Funktionen des präfrontalen Cortex (PFC) in Primaten zu verstehen. Der PFC ist für unsere höheren kognitiven Fähigkeiten, wie Entscheidungsfindung, zielgerichtetes Verhalten und Aufmerksamkeit, verantwortlich. Evolutionsgeschichtlich ist der PFC eines der jüngsten Teile des Gehirns, weshalb viele Areale des PFC nur bei Primaten existieren. Störungen in diesem Hirnbereich spielen eine zentrale Rolle in der Symptomatik von weit verbreiteten psychischen Erkrankungen, die oft nicht oder nur unzureichend behandelt werden können, wie Depressionen, Angst- und Suchterkrankungen und Schizophrenie. Während Affen verschiedene kognitive Aufgaben lösen, werden wir mit neuen experimentellen Methoden einerseits die simultane Aktivität von hunderten von Neuronen im PFC messen und andererseits diese neuronale Aktivität gezielt beeinflussen, um kurzzeitige und vollständig reversible kognitive Defizite auszulösen. Da beim Menschen die Hirnaktivität nicht mit der notwendigen räumlichen und zeitlichen Auflösung gemessen oder beeinflusst werden kann, sind solche Experimente mit Affen die einzige Möglichkeit, die der höheren Hirnfunktionen zugrundeliegende Aktivität zu beobachten und zu verstehen.

Diese Versuche werden neue Erkenntnisse über die normalen und gestörten Funktionen des präfrontalen Cortex liefern und damit die Grundlagen zur Entwicklung von besseren Therapien für psychische Krankheiten schaffen.

 

 

 

Direct link to Lay Summary Last update: 19.08.2015

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
David Sussillo Stanford United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Jean-Pascal Pfister Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Richard Hahnloser Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Maneesh Sahani UCL Great Britain and Northern Ireland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Wolfger von der Behrens, University of Zurich Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
William Newsome / Stanford University and HHMI United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Swiss Primate Research Competence Center Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Jonathan Pillow Princeton United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Krishna Shenoy Stanford and HHMI United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Mehrdad Jazayeri MIT United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Stefan Treue / German Primate Center, Göttingen Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
COSYNE 2019 Poster Stable attractor dynamics in prefrontal cortex during oculomotor decision making 28.02.2019 Lisbon, Portugal Galgali Aniruddh;
2018 Annual Meeting of the American Society for Neuroscience Poster Tuned persistent activity in prefrontal cortex reliably follows every saccade 03.11.2018 San Diego, United States of America Calangiu Ioana;
Bernstein Conference Workshops Talk given at a conference Inferring neural dynamics from trial-by-trial variability in population responses 25.09.2018 Berlin, Germany Mante Valerio;
Cosyne Workshop 2018 Talk given at a conference Inferring neural dynamics from trial-by-trial variability in population responses 05.03.2018 Breckenridge, Colorado, United States of America Mante Valerio;
Annual Meeting of the Simons Collaboration on the Global Brain Talk given at a conference A bird's eye view of vocal development 10.09.2017 New York, United States of America Mante Valerio;
COSYNE 2017 Poster Neural dynamics of decision-making during a reversal learning-task in the primate prefrontal cortex. 23.02.2017 Salt Lake City, United States of America Mante Valerio;
COSYNE 2017 Poster Fine-grained characterization and modeling of decision behavior with optimal motion-pulse sequences. 23.02.2017 Salt Lake City, United States of America Mante Valerio;
COSYNE 2017 Poster Population-level description of trial-to-trial variability as a signature of neural dynamics. 23.02.2017 Salt Lake City, United States of America Mante Valerio;
Annual Meeting of the Swiss Society for Neuroscience Talk given at a conference Prefrontal population dynamics of deliberation, decision, and action 27.01.2017 Basel, Switzerland Mante Valerio;


Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
Symposium on Transparency in Research Talk 09.11.2019 Zurich, Switzerland Mante Valerio;
SGV/LS2 symposium on animal experiments Talk 13.09.2019 Zurich, Switzerland Mante Valerio;
Schweizerische Studienstiftung Seminarreie Talk 23.09.2018 Zurich, Switzerland Mante Valerio;
Freies Gymnasium Zürich, Seminarreie Talk 21.03.2018 Zurich, Switzerland Mante Valerio;
Tag des Versuchstiers UZH Talk 21.04.2017 Zurich, Switzerland Mante Valerio;
Brain Fair Talk 17.03.2017 Zurich, Switzerland Mante Valerio;
Tag des Versuchstiers UZH Talk 19.04.2016 Zurich, Switzerland Mante Valerio;
TUN panel discussion on the importance of animal research Talk 01.12.2015 Zurich, Switzerland Mante Valerio;


Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Media relations: print media, online media Mehr Schutz für Labortiere Tagesanzeiger German-speaking Switzerland 2019
Media relations: print media, online media Versuchsaffen gewöhnen sich an Zürich Zürcher Oberländer German-speaking Switzerland 2018
Media relations: radio, television Vier Affen üben das Hirnexperiment SRF 1 German-speaking Switzerland 2018
Media relations: print media, online media Affenversuche angeprangert – Forscher wehren sich NZZ German-speaking Switzerland 2017
Talks/events/exhibitions Brain Fair German-speaking Switzerland 2017
Media relations: radio, television Einstein: Primatenforschung im Fokus SRF 1 German-speaking Switzerland 2017
Media relations: print media, online media Streit um Affenversuche Tages Anzeiger German-speaking Switzerland 2017
Media relations: radio, television 10vor10 Bericht SRF 1 German-speaking Switzerland 2016
Media relations: print media, online media Elektroden im Gehirn verursachen keine Schmerzen Beobachter German-speaking Switzerland 2016
Media relations: radio, television Talk täglich Tele Züri German-speaking Switzerland 2016
Media relations: print media, online media Testobjekt Primat NZZ am Sonntag German-speaking Switzerland 2016
Talks/events/exhibitions REATCH lectures on the importance of basic research German-speaking Switzerland 2015
Talks/events/exhibitions TUN panel discussion on the importance of animal research German-speaking Switzerland 2015
Media relations: print media, online media Zürcher Regierungsrate erlaubt Affenversuch Tagesanzeiger German-speaking Switzerland 2015
Media relations: print media, online media Zürcher Tierversuch bewilligt NZZ Western Switzerland 2015

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
187201 Behavioral and neural mechanisms of primate cognition 01.10.2019 SNSF Professorships
150833 High-density, multi-electrode array recordings in behaving monkeys 01.11.2014 R'EQUIP

Abstract

Prefrontal cortex plays a fundamental role in our most advanced cognitive abilities, but the exact nature of the computations underlying this role remains largely mysterious. Here we will test hypothesis that prefrontal computations, while obscure at the level of single neurons, can be readily understood at the level of entire neural populations. To this end, we will develop both powerful experimental approaches to record and perturb the dynamics of large prefrontal populations in non-human primates, as well as novel analytical and computational methods to characterize and explain the observed dynamics. These experiments will reveal the true nature of prefrontal computations, and provide the basis for elucidating the role of different components of prefrontal circuits in normal and impaired cognition. This work will establish a general, quantitative approach to linking neural population dynamics and behavior, and will thus provide essential tools for understanding the ever-larger neural data sets produced by modern, large-scale brain recordings.
-