Systems Neuroscience The CNS Sensory Areas Senses - - PowerPoint PPT Presentation

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Dec 21, 2023 125 likes •409 views

Systems Neuroscience The CNS Sensory Areas Senses sight (vision) hearing (audi9on) touch (somatosensa9on) smell (olfac9on) taste (gusta9on) pain

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Systems ¡Neuroscience ¡

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SLIDE 2

The ¡CNS ¡

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SLIDE 3

Sensory ¡Areas ¡

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SLIDE 4

Senses ¡

  • sight ¡(vision) ¡
  • hearing ¡(audi9on) ¡
  • touch ¡(somatosensa9on) ¡
  • smell ¡(olfac9on) ¡
  • taste ¡(gusta9on) ¡
  • pain ¡(nocicep9on) ¡
  • body ¡configura9on ¡(propriocep9on) ¡
  • accelera9on ¡and ¡balance ¡(ves9bular ¡sensa9on) ¡
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SLIDE 5

Processing ¡

  • receptor ¡discre9za9on ¡– ¡sampling ¡

– frequency-­‑dependent ¡hair ¡cells ¡ – re9nal ¡cone/rod ¡sampling ¡ – touch ¡receptors ¡ – olfactory ¡receptors ¡

  • combined ¡to ¡make ¡recep9ve ¡fields ¡
  • sensi9vity ¡across ¡decades: ¡ ¡

– adapta9on ¡and ¡Weber’s ¡law ¡

  • op9mality: ¡

– matching ¡to ¡natural ¡sta9s9cs? ¡ – matching ¡to ¡behavioural ¡relevance? ¡ – redundancy ¡reduc9on ¡

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SLIDE 6

Neocor9cal ¡Senses ¡

  • common ¡pathways: ¡

– receptors ¡ – subcor9cal ¡nuclei ¡ – thalamus ¡ – primary ¡cortex ¡ – secondary ¡+ ¡higher ¡cortex ¡

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SLIDE 7

Neocor9cal ¡Connec9ons ¡

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Other ¡Common ¡Proper9es ¡

  • thalamic ¡loops ¡between ¡cor9cal ¡areas ¡
  • cor9cal ¡feedback ¡(genera9ve ¡models) ¡
  • parallel ¡sub-­‑cor9cal ¡pathways ¡(tectum) ¡
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SLIDE 9

Vision ¡

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Re9nal ¡RFs ¡

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Centre-­‑Surround ¡Models ¡

  • difference ¡of ¡Gaussians ¡model ¡
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Leading ¡to ¡a ¡Firing ¡Rate ¡

  • firing ¡rate ¡as ¡a ¡dot ¡product ¡for ¡s9mulus ¡s(x,y)
  • if ¡iden9cal ¡RFs ¡are ¡distributed ¡over ¡space ¡with ¡

centres ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡, ¡we ¡can ¡write ¡the ¡convolu9on ¡

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SLIDE 13

Spa9al ¡Frequency ¡

  • by ¡the ¡convolu9on ¡theorem, ¡consider ¡the ¡

frequency ¡response ¡of ¡the ¡filter ¡

  • formally: ¡bandpass ¡
  • but ¡– ¡in ¡low ¡light ¡levels ¡(scotopic ¡vision)... ¡
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Edge ¡Detec9on ¡

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Colour ¡Coding ¡

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Thalamus ¡

  • 1;4;6 ¡contra; ¡2;3;5 ¡ipsi ¡
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Cor9cal ¡Layers ¡

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Cor9cal ¡Topography ¡

180

log( )

i a

Z X iY z e Z z

π

ε ε λ

−

= + ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ =

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Ocularity ¡

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SLIDE 20

Orienta9on ¡Selec9vity ¡

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Cor9cal ¡Arrangment ¡

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Linear ¡RFs ¡

  • extend ¡re9nal ¡model ¡to ¡9me ¡
  • separability: ¡
  • Gabor-­‑like ¡spa9al ¡tuning ¡for ¡simple ¡cells: ¡
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Linear ¡RFs ¡

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Orienta9on ¡Selec9vity ¡

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Dri`ing ¡Gra9ngs ¡

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Space-­‑Time ¡(In)Separability ¡

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Complex ¡Cells ¡

  • sensi9ve ¡to ¡orienta9on, ¡but ¡not ¡spa9al ¡phase ¡

y ¡ y ¡

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Visual ¡Hierarchy ¡