科學家發現了一個隱藏的大腦迴路，可以重寫視覺

“這是這篇論文的主要結論：對目標效果進行了有針對性的預測，”首席研究員 Mriganka Sur 說，他是麻省理工學院皮考爾學習與記憶研究所和大腦與認知科學系的保羅和莉拉·牛頓教授。

研究專用額葉信號

包括索爾在麻省理工學院的同事厄爾·K·米勒在內的科學家們認為，前額皮質可以指導大腦後部區域的活動。雖然解剖學證據支持這一想法，但新研究的目標是確定前額葉皮層是否發送一種廣泛的信號，或者向不同的目標區域制定不同的信息。主要作者、Sur Lab 博士後研究員 Sophie Erlund-Richter 還試圖確定哪些特定神經元接收這些信號以及連通性如何影響下游處理。

不同的前額葉區域發揮不同的作用

該團隊確定了許多新想法。前額皮質中的兩個區域，即眶額皮質 (ORB) 和前扣帶回區域 (ACA)，被發現將有關喚醒和運動的信息傳遞到另外兩個區域：初級視覺皮層 (VISp) 和初級運動皮層 (MOp)。這些信息似乎具有獨特的效果。例如，較高的喚醒度會增加 ACA 幫助 VIsp 改善其視覺表徵的傾向。然而，ORB 僅在喚醒度非常高時才產生影響，並且它的參與似乎降低了視覺編碼的清晰度。根據 ährlund-Richter 的說法，ACA 可以幫助大腦在高喚醒度下專注於潛在有意義的視覺細節，而 ORB 可以減少對分散注意力或過於強烈的刺激的注意力。

“PFC 的這兩個子區域在某種程度上是相互平衡的，”Erlund-Richter 說。 “其中一種致力於增強可能不確定或更難以察覺的刺激，而另一種則致力於抑制可能不相關的強烈刺激。”

繪製和監測大腦迴路

為了更好地了解所涉及的通路，Erlund-Richter 對 ACA 和 ORB 與 VISp 和 MOp 的連接進行了詳細的解剖學追踪。在其他實驗中，小鼠在輪子上自由奔跑，同時觀看不同對比度級別的結構化圖像或自然電影。在某些時刻，少量的空氣會增加動物的興奮程度。在這些任務中，研究人員記錄了 ACA、ORB、VISp 和 MOp 神經元的活動，特別關注沿著連接前部和後部區域的軸突傳播的信號。

追踪工作表明，ACA 和 ORB 都與目標區域的多種細胞類型進行通信，而不是與單一細胞類別進行通信。它們還與不同的空間模式有關。在VISp中，ACA主要針對第6層，而ORB主要與第5層通信。

喚醒和運動如何改變視覺處理

當研究小組檢查傳輸的信息和神經活動時，出現了幾種一致的模式。 ACA 神經元比 ORB 神經元傳達更詳細的視覺信息，並且對對比度的變化更敏感。 ACA 活動也與喚醒水平密切相關，而 ORB 僅在喚醒達到高閾值時做出反應。當提到 Mop 時，這兩個區域都傳達了有關跑步速度的信息。然而，當引用 VIsp 時，它們僅指示鼠標是否在移動。兩個前額葉區域還向 Mop 傳遞有關喚醒的信息和少量視覺細節。

為了了解這種連接如何影響視覺處理，研究人員暫時阻斷了從 ACA 和 ORB 到 VISp 的通路。這使得他們能夠測量 VIsp 神經元在沒有這種輸入的情況下如何反應。他們發現 ACA 和 ORB 對視覺編碼具有特定且相反的影響，具體取決於小鼠的運動和喚醒水平。

前額葉反射的專門模型

作者在論文中寫道：“我們的數據支持 PFC 次區域及其目標水平上的專門 PFC 反饋模型，使每個區域能夠選擇性地塑造特定目標的皮質活動，而不是全局調節它。” 神經元。

除了 Sohr 和 Arlund-Richter 之外，研究團隊還包括 Yuma Osako、Kyle R. Jenks、Emma Odom、Haoyang Huang 和 Don P. Arnold。

這項工作得到了溫納-格倫基金會博士後獎學金、美國國立衛生研究院和自由共同基金會的支持。