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Joachim Werner
Author with expertise in Neuronal Oscillations in Cortical Networks
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Decoding the contents of consciousness from prefrontal ensembles

Vishal Kapoor et al.Jan 28, 2020
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.
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Bistability of prefrontal states gates access to consciousness

Abhilash Dwarakanath et al.Jan 30, 2020
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.
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Non-monotonic spatial structure of inter-neuronal correlations in prefrontal microcircuits

Shervin Safavi et al.Apr 19, 2017
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.