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，該研究由上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院張思宇研究組與中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）徐敏研究組合作共同完成,。研究基于小鼠二選擇非強(qiáng)迫視覺變化檢測行為,，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,。
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)[1]。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(huì)打破兩側(cè)大腦之間的活性平衡,，嚴(yán)重時(shí)動(dòng)物會(huì)出現(xiàn)忽視損傷對側(cè)空間中出現(xiàn)的視覺刺激的情況[2]。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)[3],，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,，再通過單細(xì)胞鈣成像技術(shù)記錄了小鼠在執(zhí)行任務(wù)過程中扣帶回皮層區(qū)域的跨胼胝體投射錐體神經(jīng)元CPN活動(dòng)情況（圖1）。
圖1
記錄結(jié)果顯示,，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（圖2）,，這表明CPN調(diào)控了雙側(cè)半球間ACA競爭性的相互作用,。
圖2
而抑制CPN位于對側(cè)ACA的軸突末梢與抑制這些CPN的胞體引起的行為變化類似，表明跨胼胝體投射是ACA的CPN調(diào)控該行為的主要通路（圖3）,。
圖3
為了進(jìn)一步探究CPN是通過何種類型的中間神經(jīng)元抑制對側(cè)興奮性神經(jīng)元,，作者使用了偽狂犬病毒逆向示蹤技術(shù)，發(fā)現(xiàn)對側(cè)ACA腦區(qū)中的興奮性神經(jīng)元以及三種主要的中間神經(jīng)元（PV+,，SST+,，VIP+ neurons）都接受CPN的支配。腦片電生理的結(jié)果顯示,，CPNs主要是通過PV+神經(jīng)元,，尤其是接受跨胼胝體強(qiáng)輸入的PV+cal神經(jīng)元來選擇性抑制對側(cè)ACA腦區(qū)的CPN，從而形成了一條跨胼胝體的抑制性環(huán)路（圖4）,。
圖4
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)（圖5）,。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(huì)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。
圖5
該研究在上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院張思宇研究員與中科院腦智卓越中心徐敏研究員的指導(dǎo)下,，由博士生王彥婕,、陳兆南以及副研究員馬國芬共同完成，交大醫(yī)學(xué)院的博士研究生王麗昭,、博士后劉燕梅,、本科生吳一帆以及腦智卓越中心的高級實(shí)驗(yàn)師秦梅玲,、博士生費(fèi)翔也作出了重要貢獻(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(huì),、上海市和中科院的資助。
參考文獻(xiàn)
[1] INNOCENTI G, SCHMIDT K, MILLERET C, et al. The functional characterization of callosal connections [J]. Progress in neurobiology, 2022, 208: 102186.
[2] CORBETTA M, SHULMAN G. Spatial neglect and attention networks [J]. Annual review of neuroscience, 2011, 34: 569-99.
[3] BURGESS C P, LAK A, STEINMETZ N A, et al. High-Yield Methods for Accurate Two-Alternative Visual Psychophysics in Head-Fixed Mice [J]. Cell Rep, 2017, 20(10): 2513-24.
