Contexte La connectomique, ou la cartographie des connexions neuronales, est un champ de recherche des neurosciences évoluant rapidement, promettant des avancées majeures en ce qui concerne la compréhension du fonctionnement cérébral. La formation de circuits neuronaux en réponse à des stimuli environnementaux est une propriété émergente du cerveau. Cependant, la connaissance que nous avons de la nature précise de ces réseaux est encore limitée. Au niveau du cortex visuel, qui est l’aire cérébrale la plus étudiée, la manière dont les informations se transmettent de neurone en neurone est une question qui reste encore inexplorée. Cela nous invite à étudier l’émergence des microcircuits en réponse aux stimuli visuels. Autrement dit, comment l’interaction entre un stimulus et une assemblée cellulaire est-elle mise en place et modulée? Méthodes En réponse à la présentation de grilles sinusoïdales en mouvement, des ensembles neuronaux ont été enregistrés dans la couche II/III (aire 17) du cortex visuel primaire de chats anesthésiés, à l’aide de multi-électrodes en tungstène. Des corrélations croisées ont été effectuées entre l’activité de chacun des neurones enregistrés simultanément pour mettre en évidence les liens fonctionnels de quasi-synchronie (fenêtre de ± 5 ms sur les corrélogrammes croisés corrigés). Ces liens fonctionnels dévoilés indiquent des connexions synaptiques putatives entre les neurones. Par la suite, les histogrammes peri-stimulus (PSTH) des neurones ont été comparés afin de mettre en évidence la collaboration synergique temporelle dans les réseaux fonctionnels révélés. Enfin, des spectrogrammes dépendants du taux de décharges entre neurones ou stimulus-dépendants ont été calculés pour observer les oscillations gamma dans les microcircuits émergents. Un indice de corrélation (Rsc) a également été calculé pour les neurones connectés et non connectés. Résultats Les neurones liés fonctionnellement ont une activité accrue durant une période de 50 ms contrairement aux neurones fonctionnellement non connectés. Cela suggère que les connexions entre neurones mènent à une synergie de leur inter-excitabilité. En outre, l’analyse du spectrogramme dépendant du taux de décharge entre neurones révèle que les neurones connectés ont une plus forte activité gamma que les neurones non connectés durant une fenêtre d’opportunité de 50ms. L’activité gamma de basse-fréquence (20-40 Hz) a été associée aux neurones à décharge régulière (RS) et l’activité de haute fréquence (60-80 Hz) aux neurones à décharge rapide (FS). Aussi, les neurones fonctionnellement connectés ont systématiquement un Rsc plus élevé que les neurones non connectés. Finalement, l’analyse des corrélogrammes croisés révèle que dans une assemblée neuronale, le réseau fonctionnel change selon l’orientation de la grille. Nous démontrons ainsi que l’intensité des relations fonctionnelles dépend de l’orientation de la grille sinusoïdale. Cette relation nous a amené à proposer l’hypothèse suivante : outre la sélectivité des neurones aux caractères spécifiques du stimulus, il y a aussi une sélectivité du connectome. En bref, les réseaux fonctionnels «signature » sont activés dans une assemblée qui est strictement associée à l’orientation présentée et plus généralement aux propriétés des stimuli. Conclusion Cette étude souligne le fait que l’assemblée cellulaire, plutôt que le neurone, est l'unité fonctionnelle fondamentale du cerveau. Cela dilue l'importance du travail isolé de chaque neurone, c’est à dire le paradigme classique du taux de décharge qui a été traditionnellement utilisé pour étudier l'encodage des stimuli. Cette étude contribue aussi à faire avancer le débat sur les oscillations gamma, en ce qu'elles surviennent systématiquement entre neurones connectés dans les assemblées, en conséquence d’un ajout de cohérence. Bien que la taille des assemblées enregistrées soit relativement faible, cette étude suggère néanmoins une intrigante spécificité fonctionnelle entre neurones interagissant dans une assemblée en réponse à une stimulation visuelle. Cette étude peut être considérée comme une prémisse à la modélisation informatique à grande échelle de connectomes fonctionnels. / Background ‘Connectomics’— the mapping of neural connections, is a rapidly advancing field in neurosciences and it promises significant insights into the brain functioning. The formation of neuronal circuits in response to the sensory environment is an emergent property of the brain; however, the knowledge about the precise nature of these sub-networks is still limited. Even at the level of the visual cortex, which is the most studied area in the brain, how sensory inputs are processed between its neurons, is a question yet to be completely explored. Heuristically, this invites an investigation into the emergence of micro-circuits in response to a visual input — that is, how the intriguing interplay between a stimulus and a cell assembly is engineered and modulated? Methods Neuronal assemblies were recorded in response to randomly presented drifting sine-wave gratings in the layer II/III (area 17) of the primary visual cortex (V1) in anaesthetized cats using tungsten multi-electrodes. Cross-correlograms (CCGs) between simultaneously recorded neural activities were computed to reveal the functional links between neurons that were indicative of putative synaptic connections between them. Further, the peristimulus time histograms (PSTH) of neurons were compared to divulge the epochal synergistic collaboration in the revealed functional networks. Thereafter, perievent spectrograms were computed to observe the gamma oscillations in emergent microcircuits. Noise correlation (Rsc) was calculated for the connected and unconnected neurons within these microcircuits. Results The functionally linked neurons collaborate synergistically with augmented activity in a 50-ms window of opportunity compared with the functionally unconnected neurons suggesting that the connectivity between neurons leads to the added excitability between them. Further, the perievent spectrogram analysis revealed that the connected neurons had an augmented power of gamma activity compared with the unconnected neurons in the emergent 50-ms window of opportunity. The low-band (20-40 Hz) gamma activity was linked to the regular-spiking (RS) neurons, whereas the high-band (60-80 Hz) activity was related to the fast-spiking (FS) neurons. The functionally connected neurons systematically displayed higher Rsc compared with the unconnected neurons in emergent microcircuits. Finally, the CCG analysis revealed that there is an activation of a salient functional network in an assembly in relation to the presented orientation. Closely tuned neurons exhibited more connections than the distantly tuned neurons. Untuned assemblies did not display functional linkage. In short, a ‘signature’ functional network was formed between neurons comprising an assembly that was strictly related to the presented orientation. Conclusion Indeed, this study points to the fact that a cell-assembly is the fundamental functional unit of information processing in the brain, rather than the individual neurons. This dilutes the importance of a neuron working in isolation, that is, the classical firing rate paradigm that has been traditionally used to study the encoding of a stimulus. This study also helps to reconcile the debate on gamma oscillations in that they systematically originate between the connected neurons in assemblies. Though the size of the recorded assemblies in the current investigation was relatively small, nevertheless, this study shows the intriguing functional specificity of interacting neurons in an assembly in response to a visual input. One may form this study as a premise to computationally infer the functional connectomes on a larger scale.

Seis estudantes universitários foram expostos a dois procedimentos de discriminação simples, cada um. Três deles aprenderam uma discriminação simultânea, seguida de sua respectiva reversão; e depois aprenderam uma discriminação sucessiva, também seguida de sua respectiva reversão. Os outros três participantes aprenderam uma discriminação sucessiva, seguida de sua respectiva reversão; e depois aprenderam uma discriminação simultânea, também seguida de sua respectiva reversão. Cada participante usou, durante todas as sessões experimentais, um equipamento para rastreamento do olhar, que permite gravar vídeos que mostram o campo de visão do participante com um cursor que aponta a fixação de seu olhar para cada sessão experimental. Isto permitiu calcular a duração dos intervalos de tempo de diversos eventos relacionados à fixação do olhar do participante. Os resultados mostram que todos os participantes que aprenderam a discriminação simultânea primeira exibiram fortes indícios de controle por seleção, e dois dentre estes três também exibiram indícios de posterior controle por rejeição. Os participantes que aprenderam a discriminação simultânea após a sucessiva exibem indícios de controle por rejeição desde o início, e dois deles mesmo antes do controle por seleção. / Six undergraduate students were exposed to two simple discrimination procedures each. Three learned a simultaneous discrimination, followed by its reversion; and then learned a successive discrimination, also followed by its reversion. The other three learned a successive discrimination, followed by its reversion; and then learned a simultaneous discrimination, also followed by its reversion. Each participant used, during all sessions, an eye-tracking device, which records video streamings with a cursor indicating the users eye fixation. That allowed to calculate the time intervals for events related to the participants eye fixations during the discrminations. Results show that all three participants who learned the simultaneous discrimination first exhibited strong evidence of select-control, and two of them also exhibited later strong evidence of rejectcontrol. Participants who learned the simultaneous discrimination after the successive discrimination exhibited strong evidence of reject-control since the beginning, and two of them did it even before showing evidence of select-control.

Seis estudantes universitários foram expostos a dois procedimentos de discriminação simples, cada um. Três deles aprenderam uma discriminação simultânea, seguida de sua respectiva reversão; e depois aprenderam uma discriminação sucessiva, também seguida de sua respectiva reversão. Os outros três participantes aprenderam uma discriminação sucessiva, seguida de sua respectiva reversão; e depois aprenderam uma discriminação simultânea, também seguida de sua respectiva reversão. Cada participante usou, durante todas as sessões experimentais, um equipamento para rastreamento do olhar, que permite gravar vídeos que mostram o campo de visão do participante com um cursor que aponta a fixação de seu olhar para cada sessão experimental. Isto permitiu calcular a duração dos intervalos de tempo de diversos eventos relacionados à fixação do olhar do participante. Os resultados mostram que todos os participantes que aprenderam a discriminação simultânea primeira exibiram fortes indícios de controle por seleção, e dois dentre estes três também exibiram indícios de posterior controle por rejeição. Os participantes que aprenderam a discriminação simultânea após a sucessiva exibem indícios de controle por rejeição desde o início, e dois deles mesmo antes do controle por seleção. / Six undergraduate students were exposed to two simple discrimination procedures each. Three learned a simultaneous discrimination, followed by its reversion; and then learned a successive discrimination, also followed by its reversion. The other three learned a successive discrimination, followed by its reversion; and then learned a simultaneous discrimination, also followed by its reversion. Each participant used, during all sessions, an eye-tracking device, which records video streamings with a cursor indicating the users eye fixation. That allowed to calculate the time intervals for events related to the participants eye fixations during the discrminations. Results show that all three participants who learned the simultaneous discrimination first exhibited strong evidence of select-control, and two of them also exhibited later strong evidence of rejectcontrol. Participants who learned the simultaneous discrimination after the successive discrimination exhibited strong evidence of reject-control since the beginning, and two of them did it even before showing evidence of select-control.

Respostas de observação são mantidas pela produção de estímulos discriminativos. A maioria das pesquisas tem mostrado que apenas as respostas de observação que produzem S+ são mantidas, o que tem sido explicado pela hipótese do reforçamento condicionado. De acordo com essa hipótese, apenas os estímulos pareados com reforço, ou temporalmente mais próximos do reforço, adquiririam propriedades reforçadoras condicionadas. Entretanto, existem pesquisas mostrando que ambos S+ e S- podem manter a observação, o que tem sido explicado pela hipótese da redução da incerteza. De acordo com essa hipótese, as informações providas por ambos estímulos são reforçadoras, pois reduzem a incerteza acerca das contingências em vigor. A presente pesquisa procurou estudar as respostas de observação em situações de reversões de contingências. De acordo com a hipótese do reforçamento condicionado, a cada reversão, apenas os estímulos pareados com reforço, ou temporalmente mais próximos, deveriam manter a observação. De acordo com a hipótese da redução da incerteza, independentemente da realização das reversões, ambos os estímulos, manteriam as respostas de observação, pois ambos informam sobre as contingências em vigor. Foram realizados três experimentos, nos quais utilizou-se um equipamento de rastreamento do olhar para registrar as observações. No Experimento 1, participaram três adultos com desenvolvimento típico. As contingências utilizadas no Experimento 1 (VR 10 Extinção) não foram eficientes para estabelecer discriminação, o que impossibilitou a realização de reversões. No Experimento 2, participaram outros três adultos. Foi empregada punição (perda de pontos) para as respostas de pressão à barra de espaço do teclado emitidas na presença de S-. Com isso, a discriminação foi estabelecida, e as a reversões puderam ser realizadas. Os resultados mostraram que S- foi observado com maior duração e/ou maior freqüência do que S+, tanto no estabelecimento de discriminação quanto nas reversões. O valor reforçador condicionado de S- é discutido em termos do aumento da probabilidade de fuga da punição. No Experimento 3, participaram dois adultos. Foram utilizados dois conjuntos de estímulos. Ao longo do experimento, os S- mantinham as respostas de observação com maior duração e freqüência do que S+. Para um dos participantes, ao realizar as reversões, a partir do primeiro estímulo apresentado, a observação de todos os demais S- passava a ocorrer com maior duração e freqüência do que a observação dos demais S+ apresentados. Esses resultados indicam que, além de uma classe funcional de estímulos, teria sido formada uma classe de reforçadores condicionados. O efeito discriminativo dos estímulos sobre a movimentação dos olhos é discutido. Sugere-se que seja avaliado o efeito reforçador de outros elementos presentes na tarefa experimental, tais como o contador de pontos e as instruções, os quais podem manter a observação e concorrer com a observação dos estímulos em si. / Observing responses are maintained by discriminative stimuli. Most researches have shown that observing responses are maintained by S+, a fact that has being explained by conditioned reinforcement hypothesis. According to this hypothesis, only the stimulus paired with reinforcement would acquire conditioned reinforcement proprieties. There are researches that have shown both S+ and S- maintaing observing, a fact that has being explained by uncertainty reduction hypothesis. According to this hypothesis, both stimuli provide information\'s and reduce uncertainty about contingencies. The present research intended to study observing responses in contingencies reversals. According to conditioned reinforcement hypothesis, in every reversal, only the stimulus paired with reinforcement, or nearer to reinforcement, should reinforce observing. According to uncertainty reduction hypothesis, in every reversal, both stimuli should maintain observing because both inform about contingencies. Three experiments were done. An eye tracker equipment was used to register observing responses. In Experiment 1, three adults with typical development participated. Contingencies in Experiment 1 (VR Extinction) were not efficient in establishing discrimination and reversals were not implemented. In Experiment 2, three other adults participated. It was used punition (points lost) for responding in the presence of S-. Discrimination was established and reversals were carried through. Results show that S-was observed with longer duration and/or higher frequencies than S+. S- conditioned reinforcement properties are discussed in terms of increasing escape probability. In Experiment 3, two adults participated. Two groups of stimuli were used. Throughout the experiment, S- maintained observing with longer durations and higher frequencies than S+. One of the participants, when exposed to reversals, from the first stimulus presented, S-observation becomes higher to the other S- than to the other S+. These results indicated that, besides functional stimuli classes, it was created conditioned reinforcement classes. Discriminative effects of stimuli over eye movements are discussed. It is suggested that reinforcement effect of other elements, like points and instructions must be evaluated. This elements can maintain observing and concur with observation of stimulus in itself.

Respostas de observação são mantidas pela produção de estímulos discriminativos. A maioria das pesquisas tem mostrado que apenas as respostas de observação que produzem S+ são mantidas, o que tem sido explicado pela hipótese do reforçamento condicionado. De acordo com essa hipótese, apenas os estímulos pareados com reforço, ou temporalmente mais próximos do reforço, adquiririam propriedades reforçadoras condicionadas. Entretanto, existem pesquisas mostrando que ambos S+ e S- podem manter a observação, o que tem sido explicado pela hipótese da redução da incerteza. De acordo com essa hipótese, as informações providas por ambos estímulos são reforçadoras, pois reduzem a incerteza acerca das contingências em vigor. A presente pesquisa procurou estudar as respostas de observação em situações de reversões de contingências. De acordo com a hipótese do reforçamento condicionado, a cada reversão, apenas os estímulos pareados com reforço, ou temporalmente mais próximos, deveriam manter a observação. De acordo com a hipótese da redução da incerteza, independentemente da realização das reversões, ambos os estímulos, manteriam as respostas de observação, pois ambos informam sobre as contingências em vigor. Foram realizados três experimentos, nos quais utilizou-se um equipamento de rastreamento do olhar para registrar as observações. No Experimento 1, participaram três adultos com desenvolvimento típico. As contingências utilizadas no Experimento 1 (VR 10 Extinção) não foram eficientes para estabelecer discriminação, o que impossibilitou a realização de reversões. No Experimento 2, participaram outros três adultos. Foi empregada punição (perda de pontos) para as respostas de pressão à barra de espaço do teclado emitidas na presença de S-. Com isso, a discriminação foi estabelecida, e as a reversões puderam ser realizadas. Os resultados mostraram que S- foi observado com maior duração e/ou maior freqüência do que S+, tanto no estabelecimento de discriminação quanto nas reversões. O valor reforçador condicionado de S- é discutido em termos do aumento da probabilidade de fuga da punição. No Experimento 3, participaram dois adultos. Foram utilizados dois conjuntos de estímulos. Ao longo do experimento, os S- mantinham as respostas de observação com maior duração e freqüência do que S+. Para um dos participantes, ao realizar as reversões, a partir do primeiro estímulo apresentado, a observação de todos os demais S- passava a ocorrer com maior duração e freqüência do que a observação dos demais S+ apresentados. Esses resultados indicam que, além de uma classe funcional de estímulos, teria sido formada uma classe de reforçadores condicionados. O efeito discriminativo dos estímulos sobre a movimentação dos olhos é discutido. Sugere-se que seja avaliado o efeito reforçador de outros elementos presentes na tarefa experimental, tais como o contador de pontos e as instruções, os quais podem manter a observação e concorrer com a observação dos estímulos em si. / Observing responses are maintained by discriminative stimuli. Most researches have shown that observing responses are maintained by S+, a fact that has being explained by conditioned reinforcement hypothesis. According to this hypothesis, only the stimulus paired with reinforcement would acquire conditioned reinforcement proprieties. There are researches that have shown both S+ and S- maintaing observing, a fact that has being explained by uncertainty reduction hypothesis. According to this hypothesis, both stimuli provide information\'s and reduce uncertainty about contingencies. The present research intended to study observing responses in contingencies reversals. According to conditioned reinforcement hypothesis, in every reversal, only the stimulus paired with reinforcement, or nearer to reinforcement, should reinforce observing. According to uncertainty reduction hypothesis, in every reversal, both stimuli should maintain observing because both inform about contingencies. Three experiments were done. An eye tracker equipment was used to register observing responses. In Experiment 1, three adults with typical development participated. Contingencies in Experiment 1 (VR Extinction) were not efficient in establishing discrimination and reversals were not implemented. In Experiment 2, three other adults participated. It was used punition (points lost) for responding in the presence of S-. Discrimination was established and reversals were carried through. Results show that S-was observed with longer duration and/or higher frequencies than S+. S- conditioned reinforcement properties are discussed in terms of increasing escape probability. In Experiment 3, two adults participated. Two groups of stimuli were used. Throughout the experiment, S- maintained observing with longer durations and higher frequencies than S+. One of the participants, when exposed to reversals, from the first stimulus presented, S-observation becomes higher to the other S- than to the other S+. These results indicated that, besides functional stimuli classes, it was created conditioned reinforcement classes. Discriminative effects of stimuli over eye movements are discussed. It is suggested that reinforcement effect of other elements, like points and instructions must be evaluated. This elements can maintain observing and concur with observation of stimulus in itself.