Pulvinar modulates contrast response function of neurons in the primary visual cortex

Abstract

The pulvinar, which is located in the posterior thalamus, establishes reciprocal connections with nearly all of the visual cortical areas and is consequently in a strategic position to influence their stimulus decoding processes. Projections from the pulvinar to the primary visual cortex (V1) are thought to be modulatory, altering the response of neurons without changing their basic receptive field properties. Here, we investigate this issue by studying V1 single unit responses to sine wave gratings during the reversible inactivation of the lateral posterior nucleus (LP) - pulvinar complex in the cat. We also studied the contrast response function of V1 neurons, before and during the inactivation of the LP-pulvinar complex. No change in the preferred orientation or direction selectivity of V1 neurons was observed during pulvinar inactivation. However, for the majority of the cells tested the response amplitude to the optimal stimulus was reduced. The contrast response function of neurons was fitted with the Naka-Rushton function and analysis of the effects of pulvinar deactivation revealed a diverse set of modulations: 35% of cells had a decrease in their peak response, 11% had an increase in their C50, 6% showed modulations of the slope factor and 22% exhibited changes in more than one parameter. Our results suggest that the pulvinar modulates activity of V1 neurons in a contrast dependent manner and provides gain control at lower levels of the visual cortical hierarchy.

Le pulvinar, localisé dans le thalamus postérieur, établit des connections réciproques avec la vaste majorité des aires visuelles corticales et il est ainsi dans une position stratégique afin d’influencer les processus de décodage de celles-ci. Les projections du pulvinar au cortex visuel primaire (V1) sont considérées comme étant des projections modulatrices, qui modifieraient les réponses neuronales sans toutefois changer les propriétés de base des champs récepteurs. Dans la présente étude, nous avons étudié les réponses des neurones de V1 suite à l’inactivation réversible du complexe noyau latéral postérieur (LP)-pulvinar chez le chat. Des courbes de réponse au contraste ont été générées par la présentation de réseaux ayant plusieurs niveaux de contraste pendant l’inactivation du LP-pulvinar. Aucun changement n’a été observé concernant l’orientation préférée ou la sélectivité à la direction des neurones de V1 lors de l’inactivation du pulvinar. Néanmoins, pour la majorité des cellules testées, l’amplitude de la réponse aux stimuli optimaux a été réduite. La fonction de Naka-Rushton a été appliquée aux courbes de réponse au contraste et l’analyse des effets de l’inactivation du pulvinar a montré une panoplie d’effets modulateurs : 35% des cellules ont présenté une réduction de leur réponse maximale, 11% ont eu une augmentation de leur C50, 6% ont montré une modulation de la pente et 22% des neurones ont présenté des changements dans plus d’un paramètre. Nos résultats suggèrent que le pulvinar module l’activité des neurones de V1 d’une façon dépendante du contraste et qu’il contrôle le gain des réponses des neurones des aires primaires du cortex visuel.