徐敏組大腦半球視覺空間偏好的環(huán)路機(jī)制關(guān)聯(lián)詳解

2023年8月25日，《Nature Communications》期刊在線發(fā)表題為《A Frontal Transcallosal Inhibition Loop Mediates Interhemispheric Balance in Visual Processing》的研究論文，該研究由中國科學(xué)院腦智卓越中心徐敏研究組與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院張思宇研究組合作共同完成。

兩側(cè)大腦半球之間的信息交流對于感覺信息的處理至關(guān)重要，而胼胝體作為大腦中最大的白質(zhì)結(jié)構(gòu)，連接了許多腦區(qū)。過去的研究發(fā)現(xiàn)，額頂葉皮層損傷導(dǎo)致的跨胼胝體抑制失衡會打破兩側(cè)大腦之間的活性平衡，嚴(yán)重時動物會出現(xiàn)忽視損傷對側(cè)空間中出現(xiàn)的視覺刺激的情況。然而，這一現(xiàn)象背后的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制仍不明確。

為了探究這一問題，研究人員改進(jìn)了視覺刺激變化檢測任務(wù)，通過將視覺刺激置于小鼠兩側(cè)單眼區(qū)從而有利于檢測雙側(cè)半球間的相互作用，綜合運(yùn)用單細(xì)胞鈣成像、光遺傳以及腦片電生理等多項(xiàng)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)左右兩側(cè)前扣帶回皮層ACA間存在由跨胼胝體投射的錐體神經(jīng)元CPN和接受跨胼胝體投射的PV+神經(jīng)元（PV+cal neuron）組成的抑制性通路，該環(huán)路控制雙側(cè)半球間跨胼胝體抑制平衡從而在視覺空間信息處理中發(fā)揮重要作用。在一側(cè)前額葉受損的情況下，增強(qiáng)受損對側(cè)前額葉PV+神經(jīng)元活性從而重平衡雙側(cè)半球間活性可糾正受損導(dǎo)致的視覺空間偏好，與靈長類中觀察到的“Sprague effect”類似，提示前扣帶回主要參與視覺空間變化檢測中視覺選擇性注意相關(guān)成分。

偏好對側(cè)視覺刺激反應(yīng)的CPN數(shù)量要明顯多于偏好同側(cè)刺激的CPN，而且平均記錄到的所有CPN的反應(yīng)顯示在對側(cè)任務(wù)中的反應(yīng)強(qiáng)于同側(cè)任務(wù)中的反應(yīng)，說明CPN主要負(fù)責(zé)處理對側(cè)空間的視覺信息。光遺傳激活CPN使對側(cè)行為變好，同側(cè)行為變差，抑制則得到相反的結(jié)果，這表明CPN調(diào)控了雙側(cè)半球間ACA競爭性的相互作用。

更為重要的是，在單側(cè)ACA受損小鼠的受損對側(cè)ACA區(qū)域短暫提高PV+神經(jīng)元的活性（僅在任務(wù)學(xué)習(xí)階段提升PV+神經(jīng)元活性）可以逆轉(zhuǎn)單側(cè)ACA受損帶來的視覺空間偏好，并長期提升損傷對側(cè)的視覺變化檢測表現(xiàn)。臨床上部分單側(cè)額頂葉視覺選擇性注意網(wǎng)路受損的中風(fēng)病人會表現(xiàn)出忽視損傷對側(cè)空間視覺刺激的半側(cè)空間忽視癥，該工作提示增強(qiáng)受損對側(cè)的跨胼胝體抑制可能是治療相應(yīng)注意缺陷疾病的新思路。

該研究在腦智卓越中心徐敏研究員與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院張思宇研究員的指導(dǎo)下完成，腦智卓越中心的高級實(shí)驗(yàn)師秦梅玲、博士生費(fèi)翔作出了重要貢獻(xiàn)。該工作獲得科技部科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委員會、上海市和中國科學(xué)院的資助。
 

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