Toward next-generation primate neuroscience: A collaboration-based strategic plan for integrative neuroimaging
2 NKI - Nathan S. Kline Institute for Psychiatric Research
3 INT - Institut de Neurosciences de la Timone
4 ISC-MJ - Institut des sciences cognitives Marc Jeannerod - Centre de neuroscience cognitive - UMR5229
5 Eberhard Karls Universität Tübingen = University of Tübingen
6 OHSU - Oregon Health and Science University [Portland]
7 NYU - New York University [New York]
8 Princeton Neuroscience Institute [Princeton]
9 Nencki Institute of Experimental Biology
10 Monash University [Clayton]
11 WIN - FMRIB - Wellcome Trust Centre for Integrative Neuroimaging
12 Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour
13 NIMH - National Institute of Mental Health
14 Newcastle University [Newcastle]
15 MNI - McConnell Brain Imaging Centre
16 Laboratorium voor Neuro- en Psychofysiologie
17 WUSTL - Washington University in Saint Louis
18 CRNL - Centre de recherche en neurosciences de Lyon - Lyon Neuroscience Research Center
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Résumé
How does functional modularity emerge in a cortex composed of repeats of a canonical local circuit? Focusing on distributed working memory, we show that a rigorous description of bifurcation in space describes the emergence of modularity. A connectome-based model of monkey cortex displays bifurcation in space during decision-making and working memory, demonstrating this new concept's generality. In a generative model and multi-regional cortex models of both macaque monkey and mouse, we found an inverted-V-shaped profile of neuronal timescales across the cortical hierarchy during working memory, providing an experimentally testable prediction of modularity. The cortex displays simultaneously many bifurcations in space, so that the corresponding modules could potentially subserve distinct internal mental processes. Therefore, a distributed process subserves the brain's functional specificity. We propose that bifurcation in space, resulting from connectivity and macroscopic gradients of neurobiological properties across the cortex, represents a fundamental principle for understanding the brain's modular organization.