DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-70326-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41803102
تاريخ النشر: 2026-03-09
المؤلف: Orhan Soyuhos وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات الإدراك البصري والمعالجة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة دور حقل العين الأمامي (FEF) والقشرة الجدارية الخلفية (PPC) في شبكة الانتباه الظهرية، مع التركيز على كيفية تأثير المدخلات الجدارية على الديناميات الزمنية والحسابات الانتباهية للدارات الجبهية. من خلال قياس الأوقات الداخلية لخلية FEF في قردة الريسوس الذكور، حدد الباحثون فئتين متميزتين: خلايا قصيرة الأمد (حوالي 25 مللي ثانية) وخلايا طويلة الأمد (حوالي 100 مللي ثانية). كانت الخلايا قصيرة الأمد مرتبطة بمعالجة بصرية سريعة بسبب استجابتها البصرية العابرة الأقوى، بينما كانت الخلايا طويلة الأمد مرتبطة بتمثيل البروز المستدام، مما يسهل التكامل الزمكاني للحفاظ على الانتباه المدفوع بالمنبهات.
من الجدير بالذكر أنه خلال تعطيل PPC، أظهرت كلا الفئتين من الخلايا زيادة في الأوقات الداخلية، مع تأثير أكثر وضوحًا لوحظ في الخلايا قصيرة الأمد. علاوة على ذلك، أدى تعطيل PPC إلى إضعاف حساب البروز بشكل انتقائي في الخلايا طويلة الأمد. توفر هذه النتائج دليلًا سببيًا على العلاقة بين الأوقات الداخلية للخلايا العصبية المحلية والتواصل بين المناطق على مسافات طويلة، مما يبرز وجود على الأقل نمطين متميزين من الشبكة التي تقوم على ديناميات عصبية مختلفة وحسابات وظيفية داخل FEF.
مقدمة
تناقش المقدمة الأوقات الداخلية العصبية، التي تقيس مدة الارتباطات الزمنية في النشاط العصبي العفوي المستقل عن المنبهات الخارجية. هذه الأوقات حاسمة لفهم كيفية تأثير الحالات العصبية السابقة على الديناميات الحالية وتختلف بشكل منهجي عبر المناطق القشرية، مما يعكس التخصص الوظيفي. على سبيل المثال، تظهر المناطق البصرية المبكرة أوقاتًا داخلية أقصر مرتبطة بالمعالجة العابرة، بينما تظهر المناطق ذات المستوى الأعلى أوقاتًا أطول مرتبطة بالوظائف الإدراكية المستدامة مثل الذاكرة العاملة واتخاذ القرار. بالإضافة إلى ذلك، توجد اختلافات في الأوقات الداخلية بين الخلايا العصبية الفردية داخل نفس المنطقة، مما يساهم في قدرة الدماغ على دمج وفصل المعلومات عبر مقاييس زمنية مختلفة.
تركز الدراسة على حقل العين الأمامي (FEF) والقشرة الجدارية الخلفية (PPC)، وهما مكونان رئيسيان في شبكة الانتباه الجبهي الجدارية. أشارت الأبحاث السابقة إلى أن PPC ينظم التمثيلات الانتباهية في FEF، حيث تظهر كلا المنطقتين اتصالًا متبادلًا واسع النطاق. يهدف المؤلفون إلى استكشاف تنوع الأوقات الداخلية العصبية بين خلايا FEF، وعلاقتها بالتخصص الوظيفي العصبي أثناء المعالجة البصرية، واعتمادها على مدخلات PPC. تكشف النتائج عن توزيع ثنائي النمط للأوقات الداخلية بين خلايا FEF، حيث تعالج خلايا قصيرة-τ المدخلات العابرة وتمثل خلايا طويلة-τ البروز المستدام. من الجدير بالذكر أن تعطيل PPC زاد من الأوقات الداخلية لخلايا قصيرة-τ وأثر على تعديل البروز لخلايا طويلة-τ، مما يوفر دليلًا سببيًا على أن مدخلات PPC تؤثر على الديناميات الداخلية والتعديل الانتباهي داخل FEF. وهذا يشير إلى آلية حساب موزعة داخل شبكة الانتباه الجبهي الجدارية.
طرق
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون سلسلة من الإجراءات التجريبية للتحقيق في الحساسية البصرية والانتباه المدفوع بالبروز في قردين (Q و J) تحت ظروف تعطيل القشرة الجدارية الخلفية (PPC) والرقابة. تم تعديل الطرق الجراحية وتقنيات التسجيل العصبي من أعمال سابقة لـ Chen وآخرين. تضمنت التصميم التجريبي مراقبة النشاط العصبي في حقل العين الأمامي (FEF) بينما كان القرود تؤدي مهامًا تتطلب منهم الحفاظ على التركيز المركزي والاستجابة للمنبهات البصرية المقدمة في تكوينات مختلفة.
بدأت كل تجربة بفترة تركيز مدتها 500 مللي ثانية، تلتها عرض إما منبه بصري واحد أو منبه بارز لمدة 500 مللي ثانية. تضمنت تجارب المنبه الفردي مربعات حمراء أو خضراء معروضة في واحدة من 24 موقعًا على شبكة، بينما تضمنت تجارب البروز مربع هدف بين المشتتات ذات الألوان المتناقضة. بعد عرض المنبه، حافظ القرود على التركيز لمدة 500 مللي ثانية إضافية لتلقي مكافأة. في المتوسط، شمل الإعداد التجريبي 20 تجربة لكل موقع لكل نوع من المنبهات عبر كل من ظروف الرقابة والتعطيل، مما يسمح بتحليل شامل لتأثيرات تعطيل PPC على المعالجة البصرية والانتباه.
نتائج
في هذه الدراسة، تم تسجيل النشاط النبضي من حقل العين الأمامي الأيمن (FEF) لقردين (J و Q) باستخدام ميكروإلكترودات متعددة القنوات. تم تحليل الاستجابات العصبية خلال عرض نوعين من المنبهات البصرية: مجسات بصرية فردية ومجموعات بارزة تحتوي على منبه فريد. للتحقيق في تأثير مدخلات القشرة الجدارية الخلفية (PPC) على نشاط FEF، تم تعطيل PPC بشكل عكسي من خلال استخدام حلقات التبريد المزروعة في الثلم الجبهي الخلفي الأيمن (IPS).
تم جمع ما مجموعه 400 استجابة فردية ومتعددة الوحدات من 192 موقع تسجيل FEF على مدار 11 جلسة تجريبية. كان الهدف من مقارنة استجابات النبض في FEF تحت ظروف تعطيل PPC مقابل ظروف الرقابة هو توضيح دور PPC في تعديل نشاط FEF أثناء المعالجة البصرية.
مناقشة
تحدد الأبحاث مجموعتين متميزتين من الخلايا العصبية في حقل العين الأمامي (FEF) تتميز بالأوقات الداخلية العصبية: خلايا قصيرة-τ، التي تظهر ديناميات سريعة واستجابات عابرة أقوى للمنبهات البصرية، وخلايا طويلة-τ، التي تظهر ديناميات أبطأ واستجابات مستدامة معززة للمنبهات البارزة. تم تأكيد هذا التوزيع الثنائي النمط من الأوقات من خلال التحليلات الإحصائية وكان متسقًا عبر قردين. من الجدير بالذكر أن الدراسة وجدت أن تعطيل PPC أدى إلى زيادة كبيرة في الأوقات الداخلية، مما أثر بشكل خاص على خلايا قصيرة-τ، بينما أثر أيضًا على تمثيل البروز في خلايا طويلة-τ. وهذا يشير إلى أن مدخلات PPC تلعب دورًا حاسمًا في تنظيم الخصائص الديناميكية لخلايا FEF ومساهماتها الوظيفية في المعالجة البصرية والانتباه.
علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن الأوقات الداخلية لخلايا FEF مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بأدوارها الوظيفية، حيث تكون خلايا قصيرة-τ أكثر قدرة على معالجة المعلومات البصرية العابرة وتتفوق خلايا طويلة-τ في تمثيل البروز المستدام. تؤكد الدراسة على أهمية PPC في تعديل هذه الديناميات، حيث أن تعطيله أدى إلى تعطيل الارتباطات بين الأوقات والوظيفة العصبية، مما أثر بشكل خاص على معالجة البروز. تسهم هذه الأبحاث في فهم الآليات العصبية الكامنة وراء الانتباه والمعالجة البصرية، مما يبرز التخصص الوظيفي لمجموعات الخلايا العصبية داخل FEF واعتمادها على المدخلات من PPC.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-70326-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41803102
Publication Date: 2026-03-09
Author(s): Orhan Soyuhos et al.
Primary Topic: Visual perception and processing mechanisms
Overview
This study investigates the role of the frontal eye field (FEF) and posterior parietal cortex (PPC) in the dorsal attention network, focusing on how parietal inputs influence the temporal dynamics and attentional computations of prefrontal circuits. By measuring the intrinsic timescales of FEF neurons in male rhesus macaques, the researchers identified two distinct classes: short-timescale neurons (approximately 25 ms) and long-timescale neurons (approximately 100 ms). The short-timescale neurons were associated with rapid visual processing due to their stronger transient visual responses, while long-timescale neurons were linked to sustained salience representation, facilitating spatiotemporal integration for maintaining stimulus-driven attention.
Notably, during PPC inactivation, both neuron types exhibited an increase in intrinsic timescales, with a more pronounced effect observed in short-timescale neurons. Furthermore, PPC inactivation selectively impaired salience computation in long-timescale neurons. These findings provide causal evidence for the relationship between intrinsic local neural timescales and long-range inter-area communication, highlighting the existence of at least two distinct network motifs that underlie different neuronal dynamics and functional computations within the FEF.
Introduction
The introduction discusses intrinsic neural timescales, which quantify the duration of temporal correlations in spontaneous neural activity independent of external stimuli. These timescales are crucial for understanding how past neural states influence current dynamics and are systematically varied across cortical regions, reflecting functional specialization. For example, early visual areas exhibit shorter intrinsic timescales associated with transient processing, while higher-order areas demonstrate longer timescales linked to sustained cognitive functions like working memory and decision-making. Additionally, variations in intrinsic timescales exist among individual neurons within the same region, contributing to the brain’s ability to integrate and segregate information across different temporal scales.
The study focuses on the frontal eye field (FEF) and posterior parietal cortex (PPC), key components of the frontoparietal attention network. Previous research indicated that PPC regulates attentional representations in FEF, with both areas showing extensive reciprocal connectivity. The authors aim to explore the diversity of intrinsic neural timescales among FEF neurons, their relationship to neuronal functional specialization during visual processing, and their dependence on PPC inputs. Findings reveal a bimodal distribution of intrinsic timescales among FEF neurons, with short-τ neurons processing transient inputs and long-τ neurons representing sustained salience. Notably, inactivation of PPC increased the intrinsic timescales of short-τ neurons and affected the salience modulation of long-τ neurons, providing causal evidence that PPC inputs influence intrinsic dynamics and attentional modulation within FEF. This suggests a distributed computation mechanism within the frontoparietal attention network.
Methods
In this study, the authors employed a series of experimental procedures to investigate visual sensitivity and salience-driven attention in two monkeys (Q and J) under conditions of posterior parietal cortex (PPC) inactivation and control. The surgical methods and neurophysiological recording techniques were adapted from previous work by Chen et al. The experimental design involved monitoring neural activity in the frontal eye field (FEF) while the monkeys performed tasks that required them to maintain central fixation and respond to visual stimuli presented in various configurations.
Each trial commenced with a 500 ms fixation period, followed by the presentation of either a single visual stimulus or a popout stimulus for 500 ms. The single-stimulus trials featured red or green squares displayed at one of 24 locations on a grid, while popout trials involved a target square among distractors of contrasting colors. Following stimulus presentation, the monkeys maintained fixation for an additional 500 ms to receive a reward. On average, the experimental setup included 20 trials per location for each stimulus type across both control and inactivation conditions, allowing for a comprehensive analysis of the effects of PPC inactivation on visual processing and attention.
Results
In this study, spiking activity was recorded from the right frontal eye field (FEF) of two monkeys (J and Q) using multichannel microelectrodes. The neuronal responses were analyzed during the presentation of two visual stimulus types: single visual probes and popout arrays featuring a unique stimulus. To investigate the influence of posterior parietal cortex (PPC) input on FEF activity, the PPC was reversibly inactivated through the use of cryoloops implanted in the right intraparietal sulcus (IPS).
A total of 400 single- and multi-unit responses were collected from 192 FEF recording sites over 11 experimental sessions. The comparison of FEF spiking responses under PPC inactivation versus control conditions aimed to elucidate the role of PPC in modulating FEF activity during visual processing.
Discussion
The research identifies two distinct populations of neurons in the frontal eye field (FEF) characterized by intrinsic neural timescales: short-τ neurons, which exhibit rapid dynamics and stronger transient responses to visual stimuli, and long-τ neurons, which demonstrate slower dynamics and enhanced sustained responses to salient stimuli. This bimodal distribution of timescales was confirmed through statistical analyses and was consistent across two monkeys. Notably, the study found that PPC inactivation led to a significant increase in intrinsic timescales, particularly affecting short-τ neurons, while also impairing the salience representation in long-τ neurons. This suggests that PPC inputs play a crucial role in regulating the dynamic properties of FEF neurons and their functional contributions to visual processing and attention.
Furthermore, the findings indicate that the intrinsic timescales of FEF neurons are closely linked to their functional roles, with short-τ neurons being more adept at processing transient visual information and long-τ neurons excelling in sustained salience representation. The study emphasizes the importance of the PPC in modulating these dynamics, as its inactivation disrupted the correlations between timescales and neuronal function, particularly affecting salience processing. This research contributes to understanding the neural mechanisms underlying attention and visual processing, highlighting the functional specialization of neuronal populations within the FEF and their dependence on inputs from the PPC.