Midbrain Processing of Salient Events William James (1842 - - PDF document

� Midbrain Processing of Salient Events William ¡James ¡(1842 ¡-­‑ ¡1910) ¡ Douglas A. Weldon� Hamilton College � “ The Physiological Conditions of Attention - Visuomotor Components of Attention dweldon@hamilton.edu These seem to be the following: Sensory information 1) The appropriate cortical centre must be excited ideationally as well as sensorially, • visual before attention to an object can take place. • auditory 2) The sense-organ must then adapt itself to • tactile clearest reception of the object, by the Movements of adjustment of its muscular apparatus. • eyes 3) In all probability a certain afflux of blood to the • head cortical centre must ensue. • pinnae Of this third condition I will say no more, since • vibrissae we have no proof of it in detail.... ” Sensory Integration (William James, Psychology: Briefer Course , 1892.) March ¡9, ¡2015 ¡ http://faculty.frostburg.edu/mbradley/psyography/james.gif The Superior Colliculus and the Detection of Visual Stimuli Responses ¡to ¡Visual ¡SAmulaAon ¡ http://mymindsite.com/index.php5?title=Vision Wall, ¡Walker ¡& ¡Smith ¡(2009) ¡

MulAsensory ¡IntegraAon ¡Occurs ¡in ¡the ¡ ¡ Deep ¡Layers ¡of ¡the ¡Superior ¡Colliculus ¡ The Colliculus Makes It to the Small Screen! from King (2004) MulAsensory ¡IntegraAon ¡Occurs ¡in ¡the ¡ ¡ Recording ¡Neuronal ¡AcAvity ¡in ¡Awake ¡Rats ¡ Deep ¡Layers ¡of ¡the ¡Superior ¡Colliculus ¡ Visual Cortex Somatosensory Auditory Cortex Cortex Retina Somatosensory Afferents Auditory Afferents Orientation Movements http://medicine.creighton.edu/medschool/ neuroatlas/lab/Lab5-6/10.html

MulAmodal ¡IntegraAon ¡in ¡the ¡ ¡ Recording ¡Neuronal ¡AcAvity ¡in ¡Awake ¡Rats ¡ Superior ¡Colliculus ¡of ¡Awake ¡Rats ¡ ¡ ¡ Somatosensory Tactile No. of Spikes Somatosensory & Auditory Tactile & Auditory 20 msec per division Auditory Auditory Auditory No. of Spikes No. of Spikes 20 msec per division 20 msec per division 20 msec per division 20 msec per division Neuronal ¡Ac,vity ¡ ¡ Number of Spikes Sensory ¡Processing ¡Depends ¡on ¡the ¡Behavioral ¡Context ¡ Related ¡ ¡ to ¡Direc,on ¡of ¡Head ¡ ¡ Movements ¡ Time (100 msec per division) Freely moving Number of Spikes Number of Spikes On platform Time (100 msec per division) Time (100 msec per division) Held in hand Number of Spikes Time (100 msec per division) Weldon ¡& ¡Best ¡(1992) ¡

Colliculus ¡Units ¡(45%) ¡Show ¡Reward-­‑Related ¡AcAvity ¡in ¡a ¡T-­‑Maze ¡Task ¡ Is ¡SC ¡AcAvity ¡in ¡the ¡Goal ¡Box ¡Due ¡to ¡ ¡ Motor ¡Movements ¡or ¡Sensory ¡SAmulaAon? ¡ Match Weldon, ¡Edwards, ¡Green, ¡Arbouet, ¡& ¡ ¡Kocivar ¡ ¡ ¡(1998) ¡ ¡ ¡ Responses ¡of ¡SC ¡Neurons ¡are ¡Not ¡Due ¡to ¡an ¡ ¡ ¡ ¡ Increase ¡in ¡Sensory ¡Responsiveness ¡ SC ¡AcAvity ¡during ¡Reward ¡Retrieval ¡is ¡Not ¡Due ¡to ¡ ¡ the ¡ExecuAon ¡of ¡the ¡Movements ¡ ¡ Time (100 Time (100 msec per division) per division) Time (100 msec per division) Weldon, ¡DiNieri, ¡Silver, ¡Thomas, ¡& ¡Wright, ¡(2007) ¡ ¡ Weldon, ¡DiNieri, ¡Silver, ¡Thomas, ¡& ¡Wright, ¡(2007) ¡ ¡

Some ¡SC ¡Cells ¡Show ¡AcAvity ¡That ¡Is ¡Correlated ¡with ¡Head ¡Movement ¡ Some ¡Superior ¡Collicular ¡Cells ¡Code ¡for ¡Magnitude ¡of ¡Reward ¡ Weldon, ¡Pa^erson, ¡Colligan, ¡Nemeth, ¡& ¡Rizio ¡ ¡(2008) ¡ ¡ Weldon, ¡Pa^erson, ¡Colligan, ¡Nemeth, ¡& ¡Rizio ¡ ¡(2008) ¡ ¡ Some ¡Neurons ¡Code ¡for ¡ ¡ Some ¡SC ¡Cells ¡Are ¡Inhibited ¡During ¡Food ¡Retrieval ¡ Magnitude ¡of ¡Liquid ¡Reward ¡ Average Amount Consumed 16 * 14 Amount Consumed (mL) 12 9 10 8 8 7 6 4 Number of APs 6 2 5 10% 0 2% 4 2% 10% % of Sucrose 3 2 1 0 Pa^erson, ¡Colligan, ¡Nemeth, ¡Rizio ¡& ¡Weldon ¡ ¡(2006) ¡ ¡ Left Right Weldon, ¡Pa^erson, ¡Colligan, ¡Nemeth, ¡& ¡Rizio ¡ ¡(2008) ¡ ¡ Side of Maze

The ¡Superior ¡Colliculus ¡ParAcipates ¡with ¡Other ¡ Connections from the Caudate Nucleus Disinhibit Brain ¡Areas ¡During ¡Sensorimotor ¡IntegraAon ¡ Collicular Cells to Elicit Saccadic Eye Movements Hikosaka, Kim, Yasuda & Yamamoto (2014) http://www.ib.cnea.gov.ar/~redneu/2013/BOOKS/Principles%20of%20Neural %20Science%20-%20Kandel/gateway.ut.ovid.com/gw2/ ovidweb.cgisidnjhkoalgmeho00dbookimagebookdb_7c_2fc~46.htm Collicular Connections to the Striatum Might Provide Striatal ¡Cells ¡Facilitate ¡Collicular ¡Sensory ¡Responses ¡ ¡ Short Latency Information Regarding Salient Stimuli Striatum No. of Spikes 20 msec per division http://what-when-how.com/neuroscience/the-basal-ganglia-motor-systems-part-1/ Petrie ¡& ¡Weldon ¡(1990) ¡ ¡ Redgrave & Gurney (2006)

Collaborators ¡ ¡ Philip ¡J. ¡Best ¡ Conclusions ¡ ¡ ¡ Sascha ¡I. ¡Arbouet ¡ Carlyn ¡A. ¡Pa^erson ¡ Erica ¡A. ¡Colligan ¡ Jennifer ¡L. ¡Petrie ¡ 1. Neurons in the superior colliculus are dynamically involved in Jennifer ¡A. ¡DiNieri ¡ Kimberly ¡M. ¡Preucil ¡ visuomotor orientation. Robert ¡R. ¡Edwards ¡ Avery ¡A. ¡Rizio ¡ Tamara ¡J. ¡Green ¡ Ma^hew ¡R. ¡Silver ¡ Tamara ¡L. ¡Kocivar ¡ Aliscia ¡A. ¡Thomas ¡ 2. Collicular sensory responsiveness changes as a function of the ChrisAna ¡L. ¡Nemeth ¡ Rebecca ¡E. ¡Wright ¡ behavioral context. ¡ ¡ ¡ ¡ 3. The presence and magnitude of reward affect collicular activity. ¡ ¡ 4. For some neurons, reward correlates are independent of specific movements or changes in sensory processing. 5. Thus, the superior colliculus is probably involved in processing of salient behavioral events, perhaps via connections with the striatum.