李武课题组

发布日期:2018-01-08 来源:本站

2017年度李武课题组主要以清醒猕猴为模型,利用微电极阵列记录技术,研究了视皮层神经元之间以及视皮层与杏仁核神经元之间的相互作用。研究发现,通过不同脑区之间的信息交互,从视皮层输出的神经信号不仅表征了视觉图像信息,同时还携带了与当前行为和过往经验(例如恐惧记忆)相关的信息。主要进展简述如下。

图像识别的一个重要步骤是整合和分离出不同物体的轮廓。李武课题组之前的研究发现,该过程并非像等级理论所描述的那样是一个自下而上的拼装过程,而是依赖于低级和高级脑区之间双向的信息交互。这种并行的双向加工机制使得轮廓信号在皮层环路中迅速放大,以不同的精度同时在高级和低级视皮层中表征(Chen M. et al., Neuron 2014)。这种加工过程可以通过强化训练优化,产生知觉学习现象(Yan Y. et al., Nature Neuroscience 2014)。在这些前期研究的基础上,课题组运用条件格兰杰因果分析(conditional Granger causality)的方法发现,皮层内部的水平连接和皮层之间的反馈调节在信息整合过程中相互影响,对快速放大图形信号和抑制背景干扰具有重要作用(Liang H. et al., PNAS 2017; http://www.pnas.org/content/114/32/8637.full)。课题组还进一步精细描记了两个相邻视觉脑区(V1和V2区)中不同细胞层在图形轮廓检测任务中的反应特性,剖析了各个细胞层之间的动态信息交互过程,以及这种多层级的信息交互模式在图形轮廓信号产生、传递和放大中的作用,揭示了时间和空间上交织在一起的若干神经计算过程在图像解析过程中的协同作用(Chen R. et al, Neuron 2017; 被选为封面文章; http://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(17)31032-2)。

初级视皮层V1区在处理图像信息的过程中,与图形轮廓相关的信号以及训练导致的编码优化均出现在神经元反应的晚期成分中,提示高级脑区反馈调控的影响。然而,当通过恐惧条件学习(fear conditioning)使得视觉刺激被赋予了恐惧情绪成分以后,V1区神经元对该刺激反应的早期成分会被特异的、显著的易化。这种恐惧记忆信息在V1区的表达早于杏仁核对视觉刺激的反应。分析同步采集到的V1和杏仁核的神经信号提示,恐惧条件训练过程中两脑区之间的交互作用在V1神经反应的可塑性变化中起重要作用。相关论文正在准备中。