Remapping after experiencing ambigu

Remapping after experiencing ambiguityRing attractor dynamics ensures a single heading representation at any given time even for complex scenes, but under some circumstances this can be unstable4. For example, a scene with two identical stripes at diagonally opposite locations (Extended Data Fig. 3a) makes orientation within the scene inherently ambiguous3. Our model predicts that, upon prolonged exposure to this two-stripe scene, the plasticity mechanism creates a visual map with two potential offset angles. If a single-stripe scene is then presented, this results in two competing heading representations, with the ring attractor network selecting one of them at any particular time (Extended Data Fig. 3b, c). We found a similar effect experimentally in some probe trials after just 5 min of in vivo closed-loop experience with a two-stripe scene in the absence of any optogenetic manipulation (Extended Data Fig. 3d–i, Supplementary Video 4). A companion study37 to this Article finds electrophysiological and imaging signatures of offset switches in a larger fraction of experiments after walking flies experience such ambiguous scenes for longer durations. These results demonstrate how exposure to an ambiguous visual scene can, through the interactive influence of plasticity and ring attractor dynamics, affect the reliability of an otherwise-stable heading representation.Building a full map from partial viewsIn our remapping experiments thus far, the fly performed multiple complete rotations to establish a stable heading representation in a novel setting, which seems unlikely under natural conditions. Drosophila can see nearly 320° of the visual scene from a single orientation38 and the E–PG bump typically activates more than 90° of the ellipsoid body3; this suggests that even limited experience of a scene should trigger Hebbian plasticity that affects a large sector of the ellipsoid body. In the model, we found that full mapping of a visual scene could occur even if the bump was rotated only by 180° or less during optogenetic manipulation (Fig. 4a, b, Extended Data Fig. 4). We directly tested this prediction by imposing an angular relationship between a vertical stripe and an artificial compass-neuron bump, but this time limiting the range of bump positions to 180°. Indeed, we found that—in the majority of flies (6 out of 10)—experiencing this limited range of bump positions was sufficient to induce a stable heading that matched the imposed offset in the probe period of the trial (Extended Data Fig. 4d, e). We could successfully induce a full remapping of the single-stripe scene in a few flies even in a more-constrained situation in which the range of bump positions spanned only 60° (in 7 out of 20 flies) (Extended Data Fig. 4i–k). Further analysis revealed that successful remapping was more likely when the stripe and the bump started inside the newly mapped region in the probe trial, consistent with simulations (Extended Data Fig. 4f–h, j, k). This probably occurred because the internally generated angular velocity signal could move the bump into regions that were not previously traversed while still preserving the new offset, thereby allowing the new heading representation to stabilize. We also observed full remapping after limited-angle exposure in experiments with a natural scene (Fig. 4a, c, d). These results provide insights into how Hebbian plasticity combined with ring attractor dynamics enables the fly to convert information gathered from limited views of a novel scene into a complete heading representation within that scene.

結果 (繁體中文) 1:

經歷歧義後重映
環吸引力度，確保在即使是複雜的場景任意給定時間單標題表示，但在某些情況下這可能是unstable4。例如，有兩個相同的條紋的場景在對角相對的位置（擴展數據圖3a）使場景內的取向固有ambiguous3。我們的模型預測，在長時間暴露於這種雙條紋現場，可塑性機制創建了兩個潛在的偏移角的可視地圖。如果將單條場景然後呈現，這導致兩個競爭的標題的表示，與它們的環吸引網絡選擇一個在任何特定時間（擴展數據圖3b，c）中。與在不存在任何操縱光遺傳的兩條紋場景，我們發現在某些探針試驗實驗類似的效果只有5分鐘的體內後閉環經驗（擴展數據圖3d-I，補充視頻4）。一個同伴study37本條發現在實驗中較大部分抵消開關的電生理和成像簽章後步行蒼蠅經歷這樣的場面曖昧更長的持續時間。這些結果證明如何暴露於不明確的視覺場景可以通過塑性和環吸引動力學的相互影響，影響否則穩定標題表示的可靠性。
建立從部分景觀的完整的地圖
在我們的實驗中重映射迄今為止，蒼蠅進行多個完整的旋轉在一個新的環境，這似乎是在自然條件下不可能建立穩定的標題表示。果蠅可以從單個orientation38看到幾乎320°的視覺場景的和E-PG通常凸點激活大於90°的橢圓body3的; 這表明，即使是有限的場景的體驗應該觸發赫布可塑性影響大部門的橢球體的。在該模型中，我們發現了一個視覺場景的那個完整映射，即使凸塊僅旋轉180可能發生°或更小光遺傳操縱期間（圖4a，B，擴展數據圖4）。我們通過施加豎直條紋和人工羅盤神經元凸起之間的角度關係直接測試此預測，但此時限位凸起的位置範圍180°。事實上，我們發現，在大多數蠅（6滿分10分）此-experiencing有限凸塊位置的範圍的是足以誘導穩定標題匹配強加在試驗的探針週期偏移（擴展數據圖4d ，E）。我們能夠成功地誘導單條紋場景的完全重新映射在幾個蒼蠅即使在更加受限的情況，即凸塊位置的範圍跨越只有60°（在7出來的20蠅）（擴展數據圖4i- K）。進一步的分析表明，成功重映射是更可能發生條紋並在探查試驗新映射的區域內開始的凸塊，與模擬是一致的（擴展數據圖4f-H，J，K）。這可能發生，因為內部產生的角速度信號可以在凹凸進入，雖然仍然保留新的偏移量，從而使新標題表示穩定沒有以前經歷過的地區。我們還觀察到在實驗有限角度曝光與自然場景（圖4a，C，d）後充分重新映射。這些結果提供了深入了解如何赫布可塑性與環吸引動力學結合使飛從一個新的場景的看法有限聚集到該場景中的一個完整的標題表示轉換信息。

結果 (繁體中文) 2:

遇到多義性後重新映射
環吸引器動態可確保在任何給定時間（即使對於複雜場景）出現單個標題表示，但在某些情況下，這可能不穩定4。例如，對角線對面位置有兩個相同條紋的場景（擴展資料圖 3a）使場景中的方向本身不明確3。我們的模型預測，在長時間暴露在這兩條條紋場景中時，可塑性機制會創建具有兩個潛在偏移角度的視覺貼圖。如果隨後顯示單條帶場景，則會導致兩個相互競爭的標題表示，環吸引器網路在任何特定時間選擇其中一個（擴展資料圖 3b，c）。在沒有任何光遺傳學操作的情況下，在兩條紋場景的5分鐘內閉環體驗後，我們在一些探針試驗中發現了類似的效果（擴展資料圖3d_i，補充視頻4）。本文的配套研究發現，在行走蒼蠅經歷這種模棱兩可的場景後，在更大比例的實驗中，偏移開關的電生理和成像特徵會經歷這種模棱兩可的場景。這些結果表明，通過可塑性和環吸引器動力學的交互影響，暴露在模棱兩可的視覺場景中，如何影響本來穩定的標題表示的可靠性。
從部分視圖構建完整地圖
在迄今為止的重新映射實驗中，蒼蠅進行了多次完整的旋轉，以在新穎的環境中建立穩定的航向，這在自然條件下似乎不太可能。果蠅從單個方向可以看到近320°的視覺場景38，E_PG凹凸通常啟動超過90°的橢圓體體3;這表明，即使場景的有限經驗，也會觸發影響橢圓體體很大部分的 Hebbian 可塑性。在模型中，我們發現，即使在光遺傳學操作期間，即使凹凸僅旋轉 180° 或更少，也可以對可視場景進行完整映射（圖 4a，b，擴展資料圖 4）。我們直接測試這一預測，通過施加分隔號紋和人工羅盤神經元顛簸之間的角關係，但這一時間限制顛簸位置的範圍為180°。事實上，我們發現，在大多數蒼蠅（10只蒼蠅中，6只）——經歷這種有限的顛簸位置範圍，就足以誘導一個穩定的標題，在試驗的探測期間與施加的偏移相匹配（擴展資料圖4d，e）。我們可以成功地誘導單條帶場景在少數蒼蠅完全重新映射，即使在一個比較受約束的情況下，顛簸位置的範圍只有60°（在7的20蒼蠅）（擴展資料圖4i_k）。進一步分析表明，當在探測試驗中新映射區域內開始條紋和凹凸時，成功重新映射的可能性更大（擴展資料圖 4f_h、j、k）。這可能是因為內部生成的角速度信號可以移動碰撞到以前沒有遍歷的區域，同時仍然保留新的偏移，從而允許新的標題表示穩定。我們還在自然場景的實驗中觀察到有限角度曝光後完全重映射（圖4a，c，d）。這些結果提供了對 Hebbian 可塑性與環吸引器動力學相結合如何使蒼蠅能夠將從新場景的有限視圖中收集的資訊轉換為該場景中完整的標題表示的見解。

結果 (繁體中文) 3:

經歷模糊後重新映射
環吸引子動力學確保在任何給定的時間，即使對於複雜的場景，單一的方向表示，但在某些情况下，這可能是不穩定的4。例如，在對角相對的位置具有兩個相同條紋的場景（擴展數據圖3a）使得場景內的方向固有地模糊3。我們的模型預測，當長時間暴露在這兩個條紋場景中時，塑性機制會創建一個具有兩個潜在偏移角的視覺地圖。如果隨後呈現單個條紋場景，則這導致兩個競爭的方向表示，其中環吸引子網絡在任何特定時間選擇其中一個（擴展數據圖3b、c）。我們在一些探針試驗中發現了類似的效果，在沒有任何光遺傳學操作的情况下，僅5分鐘的體內雙條紋場景閉環體驗（擴展數據圖3d–i，補充視頻4）。本文的另一項研究37發現，在大部分實驗中，當走蠅在較長時間內經歷這種模糊場景時，偏移開關的電生理和成像特徵。這些結果表明，通過塑性和環吸引子動力學的互動影響，暴露在模糊的視覺場景中如何影響穩定航向表示的可靠性。
從局部視圖構建完整地圖
到目前為止，在我們的重新映射實驗中，蒼蠅進行了多次完整的旋轉，以在一個新的環境中建立一個穩定的航向表示，這在自然條件下似乎不太可能。果蠅可以從一個方向38看到近320°的視覺場景，E–PG凸起通常會啟動橢球體3的90°以上；這表明，即使是有限的場景體驗也會觸發影響橢球體大扇形的Hebbian可塑性。在該模型中，我們發現，即使在光遺傳學操作期間凹凸僅旋轉180°或更少，也可以對視覺場景進行完全映射（圖4a、b、擴展數據圖4）。我們通過在垂直條紋和人工指南針神經元碰撞之間施加一個角度關係來直接檢驗這個預測，但這次將碰撞位置的範圍限制在180°。事實上，我們發現，在大多數蒼蠅（10只蒼蠅中有6只）中，經歷這種有限範圍的顛簸位置足以產生與試驗探測期間施加的偏移量相匹配的穩定航向（擴展數據圖4d，e）。我們可以在一些蒼蠅中成功地誘導單條紋場景的完全重新映射，即使是在凸點位置範圍僅跨越60°（20只蒼蠅中有7只）的更受限制的情况下（擴展數據圖4i–k）。進一步的分析顯示，與類比結果一致（擴展數據圖4f–h，j，k），當條紋和凹凸在探針試驗中的新映射區域內開始時，重新映射更可能成功。這可能是因為內部生成的角速度訊號可以在保持新偏移的同時將凹凸移動到先前未穿過的區域，從而允許新的航向表示穩定。我們還觀察到在自然場景的實驗中有限角度曝光後的完全重映射（圖4a、c、d）。這些結果揭示了Hebbian可塑性與環吸引子動力學的結合如何使蒼蠅能够將從新場景的有限視圖中收集的資訊轉換為該場景中的完整航向表示。