Лаура Буссе

Лаура Буссе
Автобусы в 2021 году
Рожденный	1977 (46–47 лет) Германия
Альма-матер	Бакалавр Лейпцигского университета, магистр наук. Исследовательская школа Макса Планка при Тюбингенском университете, доктор философии. Немецкий центр приматов, Геттинген, Германия
Известный	Нейронные цепи, лежащие в основе визуальной обработки и восприятия
Награды	Премия Берлинско-Бранденбургской академии наук, 2009 г., Премия младшего научного общества Лейбница-Гемайншафта, 2008 г., Премия Федеральной академии наук Берлин-Бранденбурга, 2008 г., Премия за докторскую диссертацию 2007 г. «Влияние избирательного внимания на сенсорную обработку зрительного движения».
Научная карьера
Поля	Нейронаука
Учреждения	Мюнхенский университет Людвига-Максимилиана

Лаура Буссе (род. около 1977 г.) — немецкий нейробиолог и профессор системной нейронауки отделения нейробиологии Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана . Лаборатория Буссе изучает контекстно-зависимую визуальную обработку на моделях мышей, выполняя крупномасштабные электрофизиологические записи in vivo в таламических и корковых цепях бодрствующих и ведущих себя мышей.

Ранняя жизнь и образование

Буссе родилась в Германии в 1977 году. Она рано заинтересовалась исследованиями мозга и получила стипендию от земли Бавария , которая поддерживала ее исследования в области фундаментальной психологии в Лейпцигском университете в Лейпциге, Германия, с 1997 по 1999 год. Затем Буссе продолжила обучение в Исследовательской школе Макса Планка при Тюбингенском университете в Германии, где с 1999 по 2001 год занималась нейронными и поведенческими науками.

Во время своего пребывания в Тюбингене Буссе проводила исследования за границей, чтобы получить степень магистра в области неврологии. Она переехала в США на 6 месяцев, где училась под наставничеством Марти Волдорфа в Университете Дьюка . Буссе исследовал когнитивные основы внимания в человеческом мозге в Центре когнитивной нейронауки Университета Дьюка. После успешного получения степени магистра в 2001 году Буссе осталась в Университете Дьюка еще на год, чтобы работать техником-исследователем, продолжая исследовать нейробиологические основы познания, используя различные методы визуализации, такие как фМРТ, ЭЭГ и ERP.

В конце 2002 года Буссе продолжила работу над докторской диссертацией в Германии, в Немецком центре приматов в Геттингене и в Центре вычислительной нейронауки Бернштейна. Буссе работала под наставничеством Стефана Треу , где она вошла в область визуальной обработки, исследуя нейронную основу зрительного восприятия, используя нечеловеческих приматов в качестве модельного организма. Буссе защитила докторскую диссертацию по нейробиологии в 2006 году, а затем вернулась в Соединенные Штаты на один год, финансируемый стипендией Леопольдины. Бусс завершила постдокторантуру в Институте глазных исследований Смита-Кеттлуэлла в Сан-Франциско , США, в 2007 году, а затем перешла в Институт офтальмологии Университетского колледжа Лондона в Великобритании, чтобы работать научным сотрудником под руководством Маттео Карандини. с 2008 по 2010 год. Под руководством Карандини Буссе исследовал обработку зрительной информации у кошки V1 и зрительное поведение у мышей.

Когнитивная нейронаука внимания

В лаборатории Вольдорфа Бусс исследовал предостережения относительно структуры экспериментальных испытаний фМРТ в экспериментах с фМРТ на людях. Поскольку эксперименты с фМРТ часто страдают от сильного перекрытия соседних пробных сигналов мозга, экспериментаторы начали проводить «нулевые» или «безстимулирующие» испытания, чтобы дать время для извлечения сигнала, генерируемого стимулом, во время испытаний без событий. Однако Буссе стремился изучить гипотезу о том, что испытания «нулевых событий» на самом деле вызывают уникальные паттерны активности мозга, называемые реакцией на пропущенный стимул (OSR). Выполняя аудиальную задачу, Буссе обнаружил значительные OSR, определяемые ранней задней отрицательной волной, за которой следует более крупная передняя положительная волна, при различных частотах стимулов и процентах пропущенных стимулов. Ее работа дала не только представление об OSR головного мозга, но и о предостережениях, связанных с использованием OSR в качестве «нулевого» исследования.

статью, Затем Буссе опубликовал в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences исследующую феномен кросс-модального распределения внимания. Буссе обнаружил, что когда субъект обращает внимание на стимул одной сенсорной модальности, это увеличивает внимание субъекта к несвязанному стимулу другой сенсорной модальности. Это открытие прояснило идею о том, что одновременные, но разрозненные стимулы могут быть сгруппированы в один мультисенсорный объект, усиливающий когнитивную обработку, связанную с обоими стимулами.

Визуальное внимание и обработка

В своей дипломной работе Буссе исследовала, как познание влияет на обработку сенсорной информации. Например, Буссе заинтересовался нисходящей обработкой сенсорной информации в случае зрительного внимания, то есть способности мозга сосредотачиваться на одном аспекте визуальной среды, даже если он воспринимает множество визуальной информации одновременно. Буссе впервые продемонстрировал как пространственное, так и основанное на признаках влияние экзогенных сигналов на обработку движений. Автономные сдвиги внимания, вызванные экзогенными сигналами, по-видимому, полностью обусловлены характерными модуляциями сенсорной обработки. Затем Буссе исследовал, как когнитивное внимание макак меняет нейронное представление информации о движении. Буссе обнаружил, что зрительное внимание усиливает пространственно-временную структуру восприимчивых полей к движущимся объектам. Буссе защитила диссертацию в 2008 году, показав, что когнитивные факторы оказывают сильное модулирующее воздействие на обработку зрительных движений.

В своих постдокторских исследованиях Буссе впервые исследовала обработку зрительной информации в первичной зрительной коре у кошек. Буссе обнаружил, что когда популяции нейронов кодируют несколько стимулов одновременно, модель нормализации контраста лучше всего объясняет, как нейроны представляют несколько стимулов в V1. По сути, реакцию популяции можно описать как взвешенную сумму индивидуальных реакций на компоненты зрительного стимула. Их моделирование нормализации сохранилось не только на кошках, но и распространилось на записи первичной зрительной коры человека.

Затем Буссе была готова перенести свои эксперименты на мышей (обычный модельный организм — это системная нейробиология), чтобы анализировать нейронные цепи, но сначала ей пришлось разработать новый подход, чтобы иметь возможность связать цепи зрения с восприятием у мышей. Буссе тщательно обучал мышей распознавать визуальный контраст, используя оперантное обусловливание на основе клинических испытаний. После обширного обучения они обнаружили, что выбор мышей, сделанный в этом оперантном задании, был основан не только на выученной ассоциации контраста, но и на таких факторах, как ценность вознаграждения или недавние неудачи. Когда они использовали обобщенную линейную модель для декодирования нейронных данных для прогнозирования поведенческих результатов, они обнаружили, что декодер работает лучше, чем мышь, что позволяет предположить, что мышь, возможно, не использует информацию V1 самым оптимальным образом.

Карьера и исследования

В 2010 году Буссе стал руководителем младшей исследовательской группы в Центре интегративной нейронауки Вернера Райхардта при Тюбингенском университете в Германии. Она возглавила группу исследователей, которые подошли к изучению зрительных стимулов с этологически значимой точки зрения. Поскольку зрительные системы созданы так, чтобы отражать окружающую среду организма, Буссе построила свою исследовательскую программу вокруг исследования нейронных цепей, лежащих в основе зрительной обработки, с помощью стимулов, аналогичных тем, которые можно было бы испытать в естественной среде этого организма.

В 2016 году Буссе был принят на работу в Мюнхенский университет Людвига-Максимилиана в Германии на должность профессора в Мюнхенском центре нейронаук. Буссе в настоящее время возглавляет лабораторию зрительных цепей вместе с соруководителем исследователя Штеффеном Кацнером в отделе биологии нейробиологии.

Исследование нейронных цепей зрительного восприятия у мышей

Будучи руководителем младшей исследовательской группы, Буссе начал исследовать нейронные цепи, лежащие в основе обработки изображений в моделях мышей. Бусс начал с вопроса, можно ли наблюдать в коре V1 подавление окружающего звука — процесс, который, как известно, лежит в основе визуальной значимости. Буссе и ее команда обнаружили, что у бодрствующих мышей парвальбумин- положительные интернейроны в первичной зрительной коре опосредуют подавление окружающего пространства, однако, когда мыши находятся под наркозом, это глубоко влияет на подавление окружающего пространства и, следовательно, на пространственную интеграцию. Используя оптогенетику , Буссе и ее команда смогли показать на бодрствующих мышах, что активация интернейронов PV+ увеличивает размер рецептивного поля и уменьшает подавление нейронных популяций, подчеркивая роль, которую эти клетки играют в пространственной интеграции, и подчеркивая полезность мышей на уровне цепей. анализ зрительной обработки.

Продолжая использовать мышей в качестве моделей для изучения визуальной обработки, Буссе и ее команда исследовали, как поведенческий контекст влияет на нейронную активность в V1. Они обнаружили, что локомоция декоррелирует реакции популяции V1, однако локомоция, по-видимому, контролирует настройку реакций популяции дорсолатерального коленчатого ядра. В целом, их результаты продемонстрировали новое понимание влияния движения на раннюю обработку информации зрительной системой.

Будучи новым преподавателем Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана , Буссе исследовал, осуществляет ли каждый кортикальный слой подавление окружающего звука и координирует ли это действие на всех корковых слоях. Используя записи in vivo, Буссе и ее группа смогли обнаружить, что слои 3 и 4 демонстрируют самое сильное подавление окружающего звука и что промежуточные размеры стимулов приводят к самым сильным функциональным связям между слоями.

В своей публикации в журнале Neuron в 2019 году Буссе и ее коллеги из Тюбингена пролили свет на механизмы, с помощью которых большая часть зрительной информации, поступающей от сетчатки, обрабатывается и управляемым образом передается в зрительную кору. В пути прямой визуальной обработки сетчатка извлекает визуальную информацию из входного света и передает эту информацию через выходной слой ганглиозных клеток сетчатки (RGC), которые проецируют аксоны к дорсолатеральному коленчатому ядру (dLGN) таламуса, который, в свою очередь, направляет эту информацию в первичную зрительную кору (V1). В то время как dLGN традиционно считался пассивным реле при обработке визуального сигнала, Буссе и ее коллеги исследуют гипотезу о том, что вместо этого он может участвовать в активном формировании зрительных сигналов с помощью нескольких факторов, включая, среди прочего, рекомбинацию входящих входных сигналов RGC, обработку входных сигналов кортико-таламической обратной связи и вычисления локальных тормозных интернейронов, которые будут активно формировать выходные данные. сигналы, посылаемые в первичную зрительную кору (V1) (например, путем изменения режимов таламической активации между импульсным и тоническим). Чтобы проверить вклад рекомбинации входных сигналов сетчатки от RGC, Буссе и ее коллеги записали ответы RGC и клеток таламуса на один и тот же набор зрительных стимулов, а затем использовали компьютерное моделирование, чтобы увидеть, какие клетки сетчатки способствуют ответам клеток таламуса. Удивительно, но они обнаружили, что выходные данные одной таламической клетки зависят не более чем от 5 клеток сетчатки и что, хотя эти входные сигналы сетчатки объединяются для генерации выходных данных, им не присваиваются равные веса. Их работа подчеркнула активную роль таламуса в обработке сигналов, а не только в ретрансляции сигналов, которая считается канонической функцией таламуса.

Награды и почести

• Премия Берлинско-Бранденбургской академии наук 2009 г.
• Премия младшему ученому 2008 г. Ассоциации Лейбница.
• Спонсорская премия Берлин-Бранденбургской академии наук 2008 г.
• Премия за докторскую диссертацию 2007 г. «Влияние избирательного внимания на сенсорную обработку зрительного движения».

Выберите публикации

• Роман Розон М., Бауэр Ю., Коткат А.Х., Беренс П., Эйлер Т. и Буссе Л. (2019). Мышиный dLGN получает функциональную информацию от разнообразной популяции ганглиозных клеток сетчатки с ограниченной конвергенцией. Нейрон 102, 462–476.e8.
• Джурут О., Георгиева П., Буссе Л. и Кацнер С. (2017). Обучение улучшает обработку сенсорной информации у мыши V1, прежде чем улучшать поведение. Дж. Нейроски. 37, 6460–6474.
• Хастходаи З., Джурджут О., Кацнер С. и Буссе Л. (2016). Мыши могут использовать контрастно-модулированные стимулы второго порядка для управления зрительным восприятием. J Neurosci, 36(16):4457–69.
• Эрискен С., Вайчелюнайте А., Юрьют О., Фиорини М., Кацнер С. и Буссе Л. (2014). Эффекты передвижения распространяются на всю раннюю зрительную систему мыши. Текущая биология, 24(24):2899–2907.
• Вайчелюнайте А., Эрискен С., Францен Ф., Кацнер С. и Буссе Л. (2013). Пространственная интеграция в первичной зрительной коре мыши. Журнал нейрофизиологии, 110 (4): 964–972.
• Буссе Л., Аяз А., Друв Н.Т., Кацнер С., Салим А.Б., Шельвинк М.Л., Захария А.Д. и Карандини М. (2011). Обнаружение визуального контраста в поведении мыши. Журнал неврологии, 31(31):11351–11361.
• Буссе Л., Уэйд А.Р. и Карандини М. (2009). Представление одновременных стимулов популяционной активностью в зрительной коре. Нейрон, 64 (6): 931–942.