Visuomotorische Transformation zwischen prämotorischem Cortex und Colliculus superior
Final Report Abstract
Wir haben mit physiologischen und anatomischen Methoden Neurone im prämotorischen Cortex identifiziert, die in die tiefen Schichten des Colliculus superior projizieren. Die neuronale Aktivität während Armbewegungen von durch antidrome Reizung im Colliculus identifizierten Neuronen im prämotorischen Cortex unterschied sich nicht signifikant von der der nicht aktiviereten Population. Die prämotorische Aktivität währen der Armbewegung war der von uns beschriebenen Aktivität von "reach Neuronen" im Colliculus sehr ähnlich. Dagegen war die Aktivität vor der Armbewegung (preparatory oder set activity) im prämotorischen Cortex viel stärker ausgeprägt. Die prämotorischen Neurone zeigten so gut wie keine Aktivität vor Augenbewegungen und waren daher gut von Neuronen des frontalen Augenfeldes abgesetzt. Ihre Aktivität wurde jedoch durch die Blickrichtung moduliert. Bei etwa 10% der Population wurde das Greifziel in retinalen Koordinaten kodiert. Inwieweit die ähnlichen Reaktionstypen im Colliculus durch die Projektion vom prämotorischen Cortex bestimmt sind, konnte nicht geklärt werden, da wir keine Inaktivierung des Cortex durchgeführt haben. Der hohe Anteil prämotorischer Neurone, die orthodrom vom Colliculus aktiviert wurden, hat uns überrascht. Diese Aktivierung könnte durch eine Projektion des Colliculus über den thalamischen medio-dorsalen Nucleus erfolgen oder unphysiologisch über intrakortikale Kollaterale der antidrom aktivierten Axone ausgelöst werden. Auffällig ist, daß die orthodrom aktivierten Neurone sich in ihren Aktivitätsmustern signifkant von der Restpopulation unterscheiden. Optogenetische Aktivierung des Colliculus könnte diese Frage klären. Die Aktivität der "reach neurone" im Colliculus korreliert mit der Bewegungsrichtung der Hand und nicht mit der Bewegung des visuellen Zieles oder der Richtung der Verschiebung der visuellen Aufmerksamkeit. Dies widerspricht jedoch nicht der Möglichkeit, daß die Aktivität im Colliculus während Armbewegungen der Aufmerksamkeitslenkung für die Handbewegung dient (Motor Theory of Attention). Wir konnten jedoch zeigen, daß zumindest ein Teil der vor und während Armbewegungen aktiven Neurone im Colliculus höchstwahrscheinlich über Hirnstammkerne wie den Nucleus gigantocellularis auf spinale Motoneurone projizieren, die die Armmuskeln innervieren. Der Colliculus superior der Primaten kann also als ein weiteres Bindeglied in den corticofugalen skelettmotrischen Funktionskreisen angesehen werden.
Publications
- (2009) Influence of Task Predictability on the Activity of Neurons in the Rostral Superior Colliculus during Double-Step Saccades. J Neurophysiol. 101; 3199-3211
Reyes-Puerta VF, Philipp R, Lindner W, Lünenburger L, Hoffmann KP
- Is there a different cortical output to intermediate and deep collicular layers in macaques? NCM 2009
C. Distler, K.-P. Hoffmann
- (2010) Role of the rostral superior colliculus in gaze anchoring during reach movements. J Neurophysiol. 103(6):3153-66
Reyes-Puerta V, Philipp R, Lindner W, Hoffmann KP
- Dissociation between arm movement, vision and attention related activity of neurons in the deep layers of superior colliculus of primates. FENS Abst., vol.5, 051.21, 2010
Sureshbabu R., Koss J., Kruse W., Hoffmann K.P.
- Dorsal premotor cortex neurons antidromically and orthodromically activated from the superior colliculus. SFN Abst., 582.10/VV4, 2010
Reyes-Puerta V, Hoffmann K.P.
- (2011) Neuronal Activity in the Superior Colliculus Related to Saccade Initiation during Coordinated Gaze-Reach Movements. Eur J Neurosci. 34(12):1966-82
Reyes-Puerta, V., Philipp R., Lindner, W., Hoffmann, K.P.
- Functional Connectivity between dorsal Premotor Cortex (PMd) and Superior Colliculus. NCM 2011
Klaus-Peter Hoffmann, Claudia Distler, Vicente Reyes Puerta
- Inactivating the primate superior colliculus by muscimol: Consequences for reach parameters. SFN Abst., 803.06/MM20, 2011
Sureshbabu R, Reyes-Puerta V, Philipp R, Hoffmann KP
- (2012) Dynamics of Eye-Position Signals in the Dorsal Visual System. Current Biology, Volume: 22 Issue: 3 Pages: 173-179
Morris, A. P.; Kubischik, M.; Hoffmann, K.P.; Krekelberg, B; Bremmer F
- Are there differential changes in reach parameters of the arm ipsi- and contralateral to the inactivated superior colliculus? SFN Abst., 176.14/DD12, 2012
Sureshbabu R, Hoffmann K.P.
- (2013) Connections of the superior colliculus to shoulder muscles of the rat: a dual tracing study. Frontiers in Neuroanatomy, Volume: 7 Article Number: 17
Rubelowski, J. M.; Menge, M.; Distler, C.; Rothermel, M.; Hoffmann, K.P.
(See online at https://doi.org/10.3389/fnana.2013.00017) - Direct projections from dorsal premotor cortex (F2) to the superior colliculus in macaques. NCM 2013
C. Distler, K.-P. Hoffmann
- (2014) Arm Movements Induced by Electrical Microstimulation in the Superior Colliculus of the Macaque Monkey. J of Neuroscience, Volume: 34 Issue: 9 Pages: 3350-3363
Philipp, Roland; Hoffmann, Klaus-Peter
(See online at https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0443-13.2014)
