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Visual hemineglect and lesion-induced changes of top-down activity in the primary visual cortex

Müller, Miriam :
Visual hemineglect and lesion-induced changes of top-down activity in the primary visual cortex.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2017)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Visual hemineglect and lesion-induced changes of top-down activity in the primary visual cortex
Language: English
Abstract:

Visual selective attention is the fundamental cognitive ability to filter out irrele-vant sensory information in favor of relevant information. In order to make this possi-ble, an integration of exogenous, stimulus-dependent, and endogenous, context-dependent, attentional factors is necessary. The anatomical basis for this integration is formed by a highly complex network of cortical feedforward and feedback projections which connect areas at every sensory processing level. Lesions in distinct areas of this attention network lead to the clinical pathology of visual unilateral neglect, in which the failure of one network component results in the inability to orient or respond to stimuli appearing in the visual field contralateral to a lesion. Frequently, in humans as well as in animal models, a gradual improvement up to a complete restoration of the behavioral performance can be observed some time after the initial lesion. Based on findings from behavioral studies, it has been suggested that a significant imbalance of neuronal activity levels between the two hemispheres and a resulting unequal distri-bution of limited attention capacities could be the neural basis of visual neglect. Ac-cordingly, a functional recovery would be accompanied by a restoration of the activity balance between the two hemispheres. Current concepts of the underlying mechanisms of neglect are mainly based on results from behavioral experiments or data collected in anesthetized animals. To date, there are no neurophysiological studies in awake animals which consider the neglect syndrome and its recovery in the behavioral context. The aim of the present study was to close this gap on the one hand, and on the other, to provide a detailed characterization of feedback-mediated attention signals in the early visual cortex.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Selektive Aufmerksamkeit ist das grundlegende kognitive Vermögen, irrelevan-te sensorische Informationen zugunsten relevanter Informationen heraus zu filtern. Um dies zu ermöglichen, ist eine Integration von exogenen, reizabhängigen und en-dogenen, vom Verhaltenskontext abhängigen Aufmerksamkeitsfaktoren notwendig. Die anatomische Basis für diese Integration bildet ein hochkomplexes Netzwerk aus kortikalen Vorwärts- (feedforward) und Rückprojektionen (feedback). Läsionen in spe-zifischen kortikalen Bereichen dieses Aufmerksamkeitsnetzwerkes führen zum Krank-heitsbild des visuellen Hemineglekts, bei dem der Ausfall einer Komponente des Netz-werkes in der Vernachlässigung des kontralateral zur Läsion liegenden Gesichtsfeldes resultiert. Sowohl beim Menschen als auch im Tiermodell kann häufig nach einiger Zeit eine schrittweise Verbesserung bis hin zu einer vollständigen Wiederherstellung der Verhaltensleistung beobachtet werden. Basierend auf Erkenntnissen aus tierexpe-rimentellen Verhaltensstudien wurde die Vermutung aufgestellt, dass dem Neglekt Imbalance neuronaler Aktivität zwischen den beiden Hemisphären und eine daraus resultierende Ungleichverteilung von begrenzten Aufmerksamkeitskapazitäten zu-grunde liegen könnten. Eine Restitution würde in diesem Modell mit einer Wiederher-stellung des Aktivitätsgleichgewichts zwischen den beiden Hemisphären einhergehen. Aktuelle Modelle der dem Neglekt zugrundeliegenden Mechanismen basieren hauptsächlich auf Ergebnissen aus Verhaltensexperimenten oder auf Daten, die im anästhesierten Tier erhoben wurden. Bis heute existieren keine neurophysiologischen Untersuchungen am wachen Tier, die das Neglekt-Syndrom und die Regeneration im Verhaltenskontext betrachten. Ziel der vorliegenden Studie war es, zum einen diese Lücke zu schließen und zum anderen eine detaillierte Charakterisierung der feed-back-vermittelten Aufmerksamkeitssignale auf frühe kortikale Verarbeitungszentren, wie z.B. den primären visuellen Kortex, zu liefern.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: 10 Department of Biology
10 Department of Biology > Neurophysiology and Neurosensory Systems
10 Department of Biology > Systems Neurophysiology
Date Deposited: 19 May 2017 12:39
Last Modified: 19 May 2017 12:41
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-62356
Referees: Galuske, Prof. Dr. Ralf A. W. and Thiel, Prof. Dr. Gerhard
Refereed: 20 January 2017
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/6235
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