發(fā)布時(shí)間：2023-08-30
2023年8月25日，《Nature Communications》期刊在線(xiàn)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)醫學(xué)院張思宇研究組合作共同完成。
兩側大腦半球之間的信息交流對于感覺(jué)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)結構，連接了許多腦區。過(guò)去的研究發(fā)現，額頂葉皮層損傷導致的跨胼胝體抑制失衡會(huì )打破兩側大腦之間的活性平衡，嚴重時(shí)動(dòng)物會(huì )出現忽視損傷對側空間中出現的視覺(jué)刺激的情況。然而，這一現象背后的神經(jīng)環(huán)路機制仍不明確。
為了探究這一問(wèn)題，研究人員改進(jìn)了視覺(jué)刺激變化檢測任務(wù)，通過(guò)將視覺(jué)刺激置于小鼠兩側單眼區從而有利于檢測雙側半球間的相互作用，綜合運用單細胞鈣成像、光遺傳以及腦片電生理等多項技術(shù)，發(fā)現左右兩側前扣帶回皮層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)路控制雙側半球間跨胼胝體抑制平衡從而在視覺(jué)空間信息處理中發(fā)揮重要作用。在一側前額葉受損的情況下，增強受損對側前額葉PV+神經(jīng)元活性從而重平衡雙側半球間活性可糾正受損導致的視覺(jué)空間偏好，與靈長(cháng)類(lèi)中觀(guān)察到的“Sprague effect”類(lèi)似，提示前扣帶回主要參與視覺(jué)空間變化檢測中視覺(jué)選擇性注意相關(guān)成分。
偏好對側視覺(jué)刺激反應的CPN數量要明顯多于偏好同側刺激的CPN，而且平均記錄到的所有CPN的反應顯示在對側任務(wù)中的反應強于同側任務(wù)中的反應，說(shuō)明CPN主要負責處理對側空間的視覺(jué)信息。光遺傳激活CPN使對側行為變好，同側行為變差，抑制則得到相反的結果，這表明CPN調控了雙側半球間ACA競爭性的相互作用。
更為重要的是，在單側ACA受損小鼠的受損對側ACA區域短暫提高PV+神經(jīng)元的活性（僅在任務(wù)學(xué)習階段提升PV+神經(jīng)元活性）可以逆轉單側ACA受損帶來(lái)的視覺(jué)空間偏好，并長(cháng)期提升損傷對側的視覺(jué)變化檢測表現。臨床上部分單側額頂葉視覺(jué)選擇性注意網(wǎng)路受損的中風(fēng)病人會(huì )表現出忽視損傷對側空間視覺(jué)刺激的半側空間忽視癥，該工作提示增強受損對側的跨胼胝體抑制可能是治療相應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)醫學(xué)院張思宇研究員的指導下完成，腦智卓越中心的高級實(shí)驗師秦梅玲、博士生費翔作出了重要貢獻。該工作獲得科技部科技創(chuàng )新2030重大項目、國家自然科學(xué)基金委員會(huì )、上海市和中國科學(xué)院的資助。
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