Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Short-term memory. --- Physiology

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

This PhD project deals with two topics set within the broader context of visual and cognitive neuroscience. First of all, we investigate whether certain properties of the primate visual system might be found in rats. The second topic deals with how representations of visual input are not fixed but are influenced by recent sensory input or even cognitive processes. In a first set of studies in rats, we investigate whether and to what extent some general principles of the primate visual system (e.g. object representations) are also present in that of the rat. This includes comparing complex stimulus representations based on action potential activity measured at different levels of the visual system. In addition, we investigate how previous sensory input affects neural responses. A robust manifestation of the influence of recent input is neural adaptation or repetition suppression, which refers to a reduced neural activity when stimuli are repeated. Additionally neural responses could also be enhanced, for example when a stimulus is rare. These mechanisms have an important role in the predictive coding theory, which postulates that cortical responses signal violations of prior expectations. For the final part of the project, we moved to macaques for experiments that could not be performed in less cognitively developed animals. Here we investigate claims that perceptual expectations can modulate the strength of adaptation of action potential activity in visual cortex.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Neuronen in de inferotemporale cortex (IT), een gebied essentieel voor visuele objectherkenning, zijn gevoelig voor verschillen tussen relatief complexe vormen. We vergeleken de neurale en perceptuele gevoeligheid voor verschillen in ‘nonaccidental properties’ (NAPs) met de gevoeligheid voor verschillen in ‘metric properties’ (MPs). NAP veranderingen (meestal kwalitatief, bvb. rechte vs. kromme zijden) worden per definitie zelden veroorzaakt door de rotatie van een object en zijn daardoor nuttiger dan MP veranderingen (meestal kwantitatief en afhankelijk van gezichtspunt, bvb. graad van kromming van de zijden) bij objectherkenning vanuit verschillende gezichtspunten. Met behulp van een objectherkenningstaak toonden we aan dat apen en mensen gevoeliger zijn voor NAP verschillen van simpele 3D volumes. We vonden eveneens een gemiddeld grotere gevoeligheid van individuele IT cellen bij de aap voor NAP dan voor MP verschillen van gelijke fysische groottem en dit voor verschillende soortenstimuli. De gevoeligheid voor MP verschillen was gecorreleerd met de fysische grootte van deze verschillen. We maten eveneens de gevoeligheid van IT cellenvoor verschillende soorten metrische dimensies toegepast op een lijntekening van een rechthoek of driehoek, bvb. kromming van de zijden, lengte van het bovenste segment van de rechthoek... De relatieve gevoeligheid voor veranderingen op de verschillende dimensies varieerde tussen neuronen en het antwoordpatroon voor een bepaalde dimensie bleef bewaard wanneer de stimuli op twee dimensies gelijktijdig varieerden. De cellen antwoordden bovendien het sterkst op stimuli met ofwel een extreem hoge, ofwel een extreem lage waarde op de dimensies, i.e. we ontdekten monotoon stijgende of dalende tuning functies. Deze fenomenen kunnen ten grondslag liggen aan bvb. de mogelijkheid om vormen te (leren) categorizeren op basis van de waarde van een bepaalde dimensie. Inderdaad, een verdere studie leerde ons dat groepen stimuli die systematisch verschillen in bepaalde eigenschappen (bvb. rechte versus kromme contouren) door een populatie van IT neuronen van elkaar kunnen worden gescheiden ondanks fysisch grotere vormverschillen binnen dan tussen de groepen. Menselijke proefpersonen groepeerden deze stimuli spontaan op basis van dezelfde eigenschappen. Verschillende theorieën m.b.t. objectherkenning stellen dat de representatie en herkenning van vormen vlotter kan verlopen voor eenvoudige vormen. We testten de neurale en perceptuele (gemeten door een objectherkenningstaak) gevoeligheid voor onregelmatige vormen (gecreëerd met behulp van Fourier Descriptors (FDs)) van verschillende complexiteit (geoperationaliseerd als het aantal concaviteiten en convexiteiten). Zowel neuraal als perceptueel was er een verhoogde gevoeligheid voor het verschil tussen rechte en kromme contouren in simpele dan in complexe vormen. De gevoeligheid voor andere vormverschillen (i.e. veranderingen in de plaatsing van de convexiteiten en concaviteiten, geïnduceerd door de fases van de FDs te wijzigen) scheen enkel bepaald te zijn door de fysische grootte van de verschillen. Het geheel van deze studies toont aan dat de perceptuele en neurale gevoeligheid voor vormverschillen grotendeels overeenkomt met de fysische grootte van deze verschillen, maar dat beide een grotere gevoeligheid kunnen vertonen voor sommige soorten van vormverschillen, een fenomeen dat waarschijnlijk o.a. gerelateerd is aan het belang van deze vormverschillen in objectherkenning/categorisatie. Verder wordt ook aangetoond dat IT neuronen kunnen coderen voor bepaalde vorm-dimensies en –eigenschappen, onafhankelijk van gelijktijdige anderssoortige vormvariaties. Deze codering lijkt monotoon te verlopen (i.e. met een verhoogd antwoord voor de uitersten op de dimensies), een bevinding die verder onderzocht dient te worden. The neurons in the infero-temporal cortex, an area essential for visual object recognition, are sensitive to differences between relative complex shapes. We compared the neural and perceptual sensitivity to differences in ‘non-accidental properties’(NAPs) with the sensitivity to ‘metric properties’ (MPs). NAP changes (usually qualitative, e.g. straight vs. curved sides) are by definition seldom caused by the rotation of an object and are therefore more useful than MP changes (usually quantitative and dependent on the point of view, e.g. degree of curvature of the sides) for object recognition from different viewpoints. Using an object recognition task, we showed that humans and monkeys are more sensitive to NAP changes, at least in simple3D volumes. We also found that there is a higher sensitivity of individual neurons in macaque IT for NAP compared to MP changes of equal physical magnitude, and this for different kind of stimuli. The sensitivity to MP changes was correlated with the physical magnitude of these changes. We measured the sensitivity of IT neurons to different kind of metric dimensions applied to line-drawings of a rectangle or a triangle, e.g. curvature of the sides, length of the upper segment of the rectangle…The relative sensitivity to changes on different dimensions varied between neurons and the response profile on one dimension remained intact through variations on another dimension. Moreover, neurons responded most strongly to stimuli with either extreme high or extreme low values on the dimensions, i.e. we discovered monotonically increasing or decreasing tuning functions. These findings can point to the mechanism underlying e.g. the possibility to (learn to) categorize shapes based on the value on one dimension, whilst ignoring changes on other dimensions. Indeed, a further study showed us that groups of stimuli which systematically differ in certain properties (e.g. straight vs. curved contours) can be separated by a population of neurons irrespective of physically larger shape differences between than within the groups. Human subjects spontaneously sorted these stimuli based on the same shape properties. Different theories regarding object recognition propose that shape representation and recognition might be less demanding for simple shapes. We assessed the neural and perceptual (measured through an object recognition task) sensitivity for irregular shapes (created using Fourier Descriptors (FDs)) of different complexity (operationalized as the number of convexities and concavities). There was a higher neural and perceptual sensitivity to the difference between straight and curved contours in simple compared to complex shapes. The sensitivity to other kind of shape differences (i.e. changes in the positions of the concavities and convexities, induced by manipulating the phases of the FDs) seemed to be solely determined by the physical magnitude of the changes. These studies together show that theperceptual and neural sensitivity to shape differences mostly corresponds to the physical magnitude of these differences but that both can show an enhanced sensitivity to some kinds of shape differences, a finding which is probably related to the importance of these shape differences in object recognition/categorization. We furthermore show that neurons can represent certain shape properties/dimensions by signaling their presence/magnitude despite the presence of other shape variations in the stimulus groups. This coding seems to be monotonic (i.e. with a response that increases towards the extremes of the dimensions), a finding that warrants further investigation. Dit doctoraat handelt over vormcodering door neuronen in de infero-temporale cortex, een gebied in de hersenen essentieel voor objectherkenning. We registreerden de signalen van individuele neuronen bij wakkere apen, terwijl deze een fixatietaak uitvoerden. Door het vergelijken van de antwoordsterkte op de aanbieding van verschillen soorten vormen, kunnen we nagaan hoe vormen gecodeerd worden. Over het algemeen is de antwoordmodulatie evenredig met de fysische grootte van het vormverschil; hoe groter het verschil in pixels tussen twee aangeboden vormen, hoe groter het verschil in antwoord van de cellen. Er zijn echter afwijkingen op deze regel. Zo is er gemiddeld minder modulatie voor gezichtspuntafhankelijke vormverschillen (i.e. vormverschillen die zouden kunnen veroorzaakt zijn door de rotatie van een object) en gezichtspuntonafhankelijke vormverschillen (i.e. vormverschillen die bijna zeker wijzen op een verschillend object). Verder zal een individuele cel relatief meer moduleren voor bepaalde soorten vormverschillen (bvb. breedte van een cilinder) dan voor andere (bvb. kromming van een cilinder). Deze preferenties verschillen van cel tot cel, en kunnen de basis vormen voor onze vaardigheid in het vergelijken van vormen voor een bepaald aspect (bvb. kromming) onderwijl veranderingen in een ander aspect (bvb. breedte) negerend. We toonden ook aan dat het feit dat cellen gevoelig kunnen zijn voor bepaalde vormaspecten en minder gevoelig voor anderen, categorisatie kan vergemakkelijken. Cellen vertonen dan een grotere antwoordmodulatie voor stimuli behorend tot verschillende groepen (die verschillen in een bepaalde eigenschap, bvb. kromme eerder dan rechte contouren) dan voor stimuli binnen die groepen, ondanks aanzienlijke binnen-groep verschillen. In het algemeen vonden we doorheen de verschillende studies dat de mate van neurale modulatie kwalitatieve overeenkomsten vertoont met perceptuele gevoeligheid, zowel wat betreft (korte-termijn) objectherkenning als categorisatie. The subject of this dissertation is shape encoding by neurons in the infero-temporal cortex, an area in the brain essential for object recognition. We recorded the signals of individual neurons of awake monkeys performing a fixation task. By comparing the response strength to the presentation of different kind of shapes, we can obtain insight in shape coding. In general, there’s a close correspondence between the neural response modulation and the physical distance between shapes; the larger the pixel difference between two presented shapes, the larger the difference in response of the neurons. There are however exceptions. One of those is an on average smaller modulation for view-dependent shape differences (i.e. shape differences that could be caused by rotation of an object) than for view-independent shape differences (i.e. differences that with more certainty indicate a different object). Furthermore, an individual neuron will modulate relatively stronger for certain kinds of shape differences (e.g. broadness of a cilinder) than for others (e.g. curvature of a cilinder). These preferences differ between neurons, and can be the basis for our capacity in comparing shapes in certain aspects (e.g. their curvature) while ignoring changes in other aspects (e.g. broadness). We also showed that the fact that cells can be sensitive to certain shape aspects and less to others, can facilitate categorization. In those cases, cells show a bigger response modulation to shapes belonging to different groups that differ in a certain property (e.g. curved vs. straight contours) than for shapes within those groups, despite substantial within-group differences. In general, we found throughout different studies that the degree of neural modulation shows qualitative correspondences with perceptual sensitivity, both regarding object recognition and categorization.