Stable numerosity representations irrespective of magnitude context in macaque prefrontal cortex

Abstract

Cognitively demanding tasks require neurons of the prefrontal cortex (PFC) to encode divergent behaviourally-relevant information. In discrimination tasks with arbitrary and learned categories, context-specific parameters shape and adapt the tuning functions of PFC neurons. We explored if and how selectivity of PFC neurons to visual numerosities, a “natural” abstract category, may change depending on the magnitude context. Two monkeys discriminated visual numerosities (varying numbers of dot items) in a delayed match-to-sample task while single cell activity was recorded from the lateral PFC. During a recording session, the numerosity task was either presented in isolation or randomly intermixed with delayed match to sample tasks with line lengths and colours as discriminative stimuli. We found that the context for numerosity discriminations did not influence the response properties of numerosity detectors. The numerosity tuning curves of selective neurons, i.e. the preferred numerosity and the sharpness of tuning, remained stable, irrespective of whether the numerosity task was presented in a pure numerosity block or a mixed magnitude block. Our data suggest that numerosity detectors in the PFC do not adapt their response properties to code stimuli according to changing magnitude context, but rely on a sparse and stable “labelled line” code. In contrast to arbitrarily learned categories, numerosity as a “natural” category may possess a privileged position and their neuronal representations could thus remain unaffected by magnitude context.

Kognitiv anspruchsvolle Aufgaben erfordern, dass vielfältige verhaltensrelevante Information kodiert und verarbeitet wird. Dies geschieht im präfrontalen Kortex. In Aufgaben mit abstrakten, erlernten Kategorien, formen die kontextspezifischen Parameter das Antwortverhalten von PFC Neuronen. In dieser Doktorarbeit wurde untersucht ob und wie die Selektivität von PFC Neuronen für die „natürliche“ Kategorie „Menge“ durch den Einfluss des Kontexts verändert wird. Zwei Makaken wurden darauf trainiert visuelle Mengen (unterschiedliche Anzahlen an Punkten) in einer Delayed-Match-To-Sample Aufgabe (DMS) zu unterscheiden. Während sie die Aufgabe lösten, wurden Einzelzellableitungen im rechten, lateralen präfrontalen Kortex durchgeführt. Während jeder Ableitsitzung wurde die Mengen-Aufgabe entweder alleine oder zufällig durchmischt mit Farben oder Linienlängen Aufgaben präsentiert. Der Kontext der Mengenunterscheidung hatte keinen Effekt auf das Antwortverhalten von „Zahlenzellen“. Die Abstimmkurven der mengenselektiven Zellen waren bleiben stabil undabhängig davon ob die Mengen im reinen oder im gemischten Block präsentiert wurden. Diese Daten legen nahe, dass Zahlenzellen des PFC ihre Antworteigenschaften nicht dem wechselnden Mengenkontext anpassen. Vielmehr scheint die Repräsentation von Mengen auf einem sparsamen, stabilen „labelled line“ Kode zu beruhen. Im Gegensatz zu erlernten Kategorien stellen Mengen eine “natürliche” Kategorie dar und könnten deswegen einen privilegierten Verarbeitungsweg im Gehirn einnehmen, der nicht zugunsten Verarbeitung anderer Inhalte adaptiert wird.