The bone marrow provides inflammatory cells and endothelial progenitor cells to healing cutaneous wounds. To further explore the bone marrow contribution to skin and healing wounds, we used a chimeric mouse model in which the bone marrow from enhanced green fluorescent protein (EGFP) transgenic mice is transplanted into normal C57BL mice. We found that normal skin is a target organ for bone marrow–derived cells from both the hematopoietic and the mesenchymal stem cell pool. We present evidence that the bone marrow contribution to normal skin and the healing cutaneous wound is substantially greater than the previously recognized CD45+ subpopulation, where 15%–20% of the spindle‐shaped dermal fibroblasts were bone marrow–derived (EGFP+). Furthermore, the bone marrow–derived cells were able to contract a collagen matrix and transcribe both collagen types I and III, whereas the skin‐resident cells transcribed only collagen type I. Whereas endothelial progenitor cells were found early during the wound repair process, bone marrow–derived endothelial cells were not seen after epithelialization was complete. Our data show that wound healing involves local cutaneous cells for reconstituting the epidermis but distant bone marrow–derived cells and the adjacent uninjured dermal mesenchymal cells for reconstituting the dermal fibroblast population.

OPINION article Front. Psychol., 19 September 2014Sec. Consciousness Research Volume 5 - 2014 | https://doi.org/10.3389/fpsyg.2014.01063

Perceptual bistability arises when two conflicting interpretations of an ambiguous stimulus or images in binocular rivalry (BR) compete for perceptual dominance. From a computational point of view competition models based on cross-inhibition and adaptation have shown that noise is a crucial force for rivalry and operates in balance with adaptation in order to explain the observed alternations in perception. In particular, noise-driven transitions and adaptation-driven oscillations define two dynamical regimes and the system operates near its boundary. In order to gain insights into the microcircuit dynamics mediating spontaneous perceptual alternations we used a reduced recurrent attractor-based biophysically realistic spiking network well known for working memory, attention and decision-making, where a spike-frequency adaptation mechanism is implemented to account for perceptual bistability. We, thus, derived a consistently reduced four-variable population rate model using mean-field techniques and tested it on BR data collected from human subjects. Our model accounts for experimental data parameters such as time dominance, coefficient of variation and gamma distribution. In addition, we show that our model also operates on the boundary between noise and adaptation and agrees with Levelt's second revised and fourth propositions. These results show for the first time that a consistent reduction of a biophysically realistic spiking network of integrate and fire neurons with spike frequency adaptation could account for BR. Moreover, we demonstrate that BR can be explained only through the dynamics of the competing neuronal pools, without taking into account the adaptation of inhibitory interneurons..However, adaptation of interneurons affects the optimal parametric space of the system, by decreasing the overall adaptation necessary for the bifurcation to occur.

ABSTRACT Multiple theories attribute to the primate prefrontal cortex a critical role in conscious perception. However, opposing views caution that prefrontal activity could reflect other cognitive variables during paradigms investigating consciousness, such as decision-making, monitoring and motor reports. To resolve this ongoing debate, we recorded from prefrontal ensembles of macaque monkeys during a no-report paradigm of binocular rivalry that instigates internally driven transitions in conscious perception. We could decode the contents of consciousness from prefrontal ensemble activity during binocular rivalry with an accuracy similar to when these stimuli were presented without competition. Oculomotor signals, used to infer conscious content, were not the only source of these representations since visual input could be significantly decoded when eye movements were suppressed. Our results suggest that the collective dynamics of prefrontal cortex populations reflect internally generated changes in the content of consciousness during multistable perception. One sentence summary Neural correlates of conscious perception can be detected and perceptual contents can be reliably decoded from the spiking activity of prefrontal populations.

Summary Access of sensory information to consciousness is thought to be mediated through ignition of neural activity in the prefrontal cortex (PFC). Ignition occurs once activity elicited by sensory input crosses a threshold, which has been shown to depend on brain state fluctuations. However, the neural correlates of fluctuations and their interaction with the neural representations of conscious contents within the PFC remain largely unknown. To understand the role of prefrontal state fluctuations in conscious access, we combined multielectrode intracortical recordings with a no-report binocular rivalry (BR) paradigm that induces spontaneously-driven changes in conscious perception. During BR, antagonistic coupling of two prefrontal states, characterised by dominance of low frequency (1-9Hz) or beta (20-40Hz) local field potentials (LFP), reflect competition between two states of visual consciousness; perceptual update and stability, respectively. Low frequency perisynaptic bursts precede spontaneous transitions in conscious perception, signalling upcoming perceptual update of conscious content. We therefore show that it is a global cortical state that seems to drive internal switches, rather than the spiking activity of selective neuronal ensembles, which subsequently, only report the active percept. Beta band bursts were found to be correlated with periods of stable conscious perception, and selectively synchronised the neural ensemble coding for the consciously perceived stimulus. Similar ongoing fluctuations in the LFPs, with dynamics resembling the distribution of perceptual dominance periods during BR, dominated the prefrontal cortex during resting-state, thus pointing to their default, endogenous nature. Our results suggest that the two modes of conscious perception: perceptual update, and stability, can be associated with distinct prefrontal cortical states.

Abstract Despite the considerable progress of in vivo neural recording techniques, inferring the biophysical mechanisms underlying large scale coordination of brain activity from neural data remains challenging. One obstacle is the difficulty to link high dimensional functional connectivity measures to mechanistic models of network activity. We address this issue by investigating spike-field coupling (SFC) measurements, which quantify the synchronization between, on the one hand, the action potentials produced by neurons, and on the other hand a mesoscopic “field” signals, reflecting subthreshold activities at possibly multiple recording sites. As the number of recording sites gets large, the amount of pairwise SFC measurements becomes overwhelmingly challenging to interpret. We develop Generalized Phase Locking Analysis (GPLA) as a dimensionality reduction of this multivariate SFC. GPLA describes the dominant coupling between field activity and neural ensembles across space and frequencies, thereby providing rich yet interpretable information. In particular, we show that GPLA features are biophysically interpretable when used in conjunction with appropriate network models, such that we can identify the influence of underlying circuit properties on these features. We demonstrate the statistical benefits and interpretability of this approach in various computational models and Utah array recordings. The results suggest that GPLA used jointly with biophysical modeling can help uncover the contribution of recurrent microcircuits to the spatio-temporal dynamics observed in multi-channel experimental recordings.

Correlated fluctuations of single neuron discharges, on a mesoscopic scale, decrease as a function of lateral distance in early sensory cortices, reflecting a rapid spatial decay of lateral connection probability and excitation. However, spatial periodicities in horizontal connectivity and associational input as well as an enhanced probability of lateral excitatory connections in the association cortex could theoretically result in non-monotonic correlation structures. Here we show such a spatially non-monotonic correlation structure, characterized by significantly positive long-range correlations, in the inferior convexity of the macaque prefrontal cortex. This functional connectivity kernel was more pronounced during wakefulness than anesthesia and could be largely attributed to the spatial pattern of correlated variability between functionally similar neurons during structured visual stimulation. These results suggest that the spatial decay of lateral functional connectivity is not a common organizational principle of neocortical microcircuits. A non-monotonic correlation structure could reflect a critical topological feature of prefrontal microcircuits, facilitating their role in integrative processes.