Understanding brain circuit dysfunction in amblyopia using large-scale multimodal recordings in a new visuomotor task.

I dette prosjektet etablerte vi et visuelt virtuelt virkelighetsoppsett for mus. Hodefaste mus løper på en tredemølle mens løpehastigheten leses av for å bevege seg gjennom en virtuell virkelighet projisert på skjermer foran musen, på samme måte som mennesker navigerer gjennom en virtuell verden i et dataspill. I denne oppgaven må musene finne et skjult belønningssted. Mus lærer denne oppgaven bemerkelsesverdig godt og fullfører denne oppgaven på omtrent to ukers trening. For å teste hvordan hjernen vår forutsier miljøet rundt oss, stopper vi plutselig den visuelle flyten i den virtuelle verden mens musene fortsetter å løpe. Dette skaper et mismatch mellom løpehastighet og visuell tilbakemelding. Vi utførte også de første opptakene i det vi tror er et sentralt hjerneområde for å kode prediksjoner av miljøet, den retrospleniale cortex (RSC). Disse viser at en betydelig mengde eksitatoriske, og forskjellige undergrupper av hemmende nevroner blir aktive når et slikt mismatch oppstår, muligens avslører en mekanisme for å oppdage mismatchsignaler for å oppdatere interne modeller av hjernen som forutsier verden rundt oss.

We aim to establish the role of predictive processing in neurodevelopmental disorders, specifically in one of the most studied contexts, amblyopia. We use a new visuomotor feedback task across high-visual-acuity preclinical species - cats -, rodents, and humans during large-scale activity readout via best-available methods (functional ultrasound imaging reaching 4 cm depth, mesoscale two-photon imaging, hdEEG) to 1) identify brain regions involved in visuomotor prediction in normal subjects, 2) determine the effect of amblyopia on prediction-related activity patterns, 3) develop functional network models to infer which brain regions and associated brain functions are restored or remain perturbed after amblyopia treatment, 4) validate results via optogenetic perturbation experiments in mice, 5) provide an EEG-based biomarker with high discriminative power across normal vision and different stages of amblyopia.