Project

Back to overview

Optogenetic investigation of cortical layer-6 neuron contributions to dynamic visual perception (ERC-2014-StG)

English title Optogenetic investigation of cortical layer-6 neuron contributions to dynamic visual perception (ERC-2014-StG)
Applicant Schmid Michael
Number 201532
Funding scheme ERC Transferbeiträge
Research institution Département de Médicine Université de Fribourg
Institution of higher education University of Fribourg - FR
Main discipline Neurophysiology and Brain Research
Start/End 01.12.2020 - 31.05.2022
Approved amount 206'018.00
Show all

All Disciplines (2)

Discipline
Neurophysiology and Brain Research
Psychology

Keywords (5)

Neurophysiology; Cortex; Optogenetics; Neuroimaging; Vision

Lay Summary (German)

Lead
In den Neurowissenschaften ermöglicht die Methode der Optogenetik die lichtgesteuerte Manipulation von Gehirnfunktionen bei Gesundheit und Krankheit. Während diese Methode bei verschiedenen wirbellosen Tieren und Säugetierarten häufig und mit grossem Erfolg eingesetzt wird, bleibt ihre Anwendbarkeit beim Menschen ungewiss. Dieses Projekt trägt dazu bei, indem es die Optogenetik im Bereich des Sehens von Primaten testet.
Lay summary

Bei Primaten entwickelte sich das Sehen als vorherrschender Sinn, der sowohl die Wahrnehmung von visuellen Objekten als auch eine effektive Orientierung im Alltag ermöglicht. Der primäre visuelle Kortex ist der kritische Eingangspunkt für visuelle Signale vom Auge zu den verschiedenen kortikalen Arealen. Dieses Projekt zielt darauf ab, zu identifizieren, wie die Konnektivität des primären visuellen Kortex das Sehen unterstützt, indem Optogenetik in einem nicht-menschlichen Primatenmodell eingesetzt wird. Erste Ergebnisse zeigen die Machbarkeit und Effizienz des optogenetischen Ansatzes in dieser Spezies. Durch die Kombination dieses Ansatzes mit Neuroimaging-Methoden ist es möglich, eine Karte der Hirnareale zu erstellen, die durch optogenetische Stimulation angesteuert werden. Die Anwendung von Verhaltenstests ermöglicht eine weitere Klärung der Beteiligung des primären visuellen Kortex an der Erzeugung von visueller Wahrnehmung und Aufmerksamkeit. Durch die neuen Erkenntnisse zur Optogenetik und der Funktionsweise des primären visuellen Kortex sind die Ergebnisse aus diesem Projekt ein wichtiger Schritt in Richtung klinischer Anwendung beim Menschen.

Direct link to Lay Summary Last update: 09.02.2021

Responsible applicant and co-applicants

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Alex Maier, Vanderbilt University United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Chris Petkov, Uni Newcastle Great Britain and Northern Ireland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
Laura Dugue / Uni Paris France (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
The traveling brain Talk given at a conference Optogenetics in primate primary visual cortex 07.06.2022 Paris, France Schmid Michael;
EU ITN workshop In2PrimateBrains Talk given at a conference Optogenetics to study and perhaps improve primate vision 02.05.2022 Rom, Italy Schmid Michael;


Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Media relations: print media, online media PME Magazin Western Switzerland 2022
Media relations: radio, television RTS news RTS Western Switzerland 2022
Talks/events/exhibitions Brain awareness week: Ich sehe was was Du nicht siehst Western Switzerland German-speaking Switzerland 2021
Media relations: radio, television POUR UN MEILLEUR PARTAGE DES DONNÉES SUR LOPTOGÉNÉTIQUE RTS Western Switzerland 2021
New media (web, blogs, podcasts, news feeds etc.) Swiss non-human pirates competence center for research International 2021

Abstract

In order to achieve a more complete understanding of neocortical brain functions in health and disease, we need to delineate the computations of specific cell populations and how they dynamically exert their impact on connected target neurons. Here, I propose to investigate the functions of neurons in layer-6 of primary visual cortex (V1) and their influence on connected neurons, i) in the lateral geniculate nucleus (LGN) of thalamus, and ii) to more superficially located V1 cells, during visual perception in non-human primates (NHP). My core hypothesis is that due to their unique connectivity with LGN on one hand and layer-4 of V1 on the other hand, layer-6 neurons are in an ideal position to facilitate the transmission of visual information from LGN to V1 when spatial attention is allocated to specific visual targets. The central aim of my investigations will be to delineate how the computations and network interactions of layer-6 neurons dynamically change during attention and ultimately lead to improved behavioral performance. To this end, selective targeting and manipulation of LGN projecting V1 layer-6 neurons will be enabled using the methods of optogenetics (ChR2) and viral delivery techniques. Methods to measure brain activity and assess the impact of optogenetic stimulation will include behavioral assessment, functional magnetic resonance imaging (fMRI) and extra-cellular multi-electrode electrophysiology. Data analysis will include measures of directed (functional and effective) connectivity and en-/decoding approaches using a (predictive coding) Bayesian inference framework. With this approach we will gain new insights into the basic principles of information flow in the visual system. Beyond their immediate impact on basic science, the results of the experiments will be contributing towards a better understanding of the diseased brain such as in schizophrenia or attention-deficit-hyperactivity (ADHD) syndrome.
-