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醫(yī)學院張思宇研究組與中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學研究所）徐敏研究組合作共同完成,。研究基于小鼠二選擇非強迫視覺變化檢測行為，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,，發(fā)現(xiàn)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成分,。
兩側大腦半球之間的信息交流對于感覺信息的處理至關重要，而胼胝體作為大腦中最大的白質(zhì)結構,，連接了許多腦區(qū)[1],。過去的研究發(fā)現(xiàn)，額頂葉皮層損傷導致的跨胼胝體抑制失衡會打破兩側大腦之間的活性平衡,，嚴重時動物會出現(xiàn)忽視損傷對側空間中出現(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)路機制仍不明確,。
為了探究這一問題,，研究人員改進了視覺刺激變化檢測任務[3]，通過將視覺刺激置于小鼠兩側單眼區(qū)從而有利于檢測雙側半球間的相互作用,，再通過單細胞鈣成像技術記錄了小鼠在執(zhí)行任務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活動情況（圖1）,。
圖1
記錄結果顯示，偏好對側視覺刺激反應的CPN數(shù)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中的反應強于同側任務中的反應,，說明CPN主要負責處理對側空間的視覺信息,。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（圖2）,，這表明CPN調(diào)控了雙側半球間ACA競爭性的相互作用。
圖2
而抑制CPN位于對側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
為了進一步探究CPN是通過何種類型的中間神經(jīng)元抑制對側興奮性神經(jīng)元，作者使用了偽狂犬病毒逆向示蹤技術,，發(fā)現(xiàn)對側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,。腦片電生理的結果顯示，CPNs主要是通過PV+神經(jīng)元,，尤其是接受跨胼胝體強輸入的PV+cal神經(jīng)元來選擇性抑制對側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ACA受損小鼠的受損對側ACA區(qū)域短暫提高PV+神經(jīng)元的活性（僅在任務學習階段提升PV+神經(jīng)元活性）可以逆轉單側ACA受損帶來的視覺空間偏好,，并長期提升損傷對側的視覺變化檢測表現(xiàn)（圖5）。臨床上部分單側額頂葉視覺選擇性注意網(wǎng)路受損的中風病人會表現(xiàn)出忽視損傷對側空間視覺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,。
圖5
該研究在上海交通大學醫(yī)學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驗師秦梅玲,、博士生費翔也作出了重要貢獻。該工作獲得科技部科技創(chuàng)新2030重大項目,、國家自然科學基金委員會,、上海市和中科院的資助。
