【Neuron】如何进行视觉目标的价值选择,听听大脑怎么说?

来源:澳门威利斯人官方网站 时间:2017-05-23浏览:0

当我们环视四周进行视觉目标搜索时,总是会将注意力集中在我们感兴趣或者认为有价值的目标上,而忽略掉不感兴趣或者认为无价值的目标。长期以来,关于这种视觉目标的价值选择功能背后的神经机理并不清楚,近日的一篇研究给出了可能的答案。该研究于2017年5月17日发表在《Neuron》杂志上,标题为《Indirect pathway of caudal basal ganglia for rejection of valueless visualobjects》。

该论文的第一作者和通讯作者是来自韩国基础科学研究所(Institute for Basic Science)的Hyoung F. Kim教授。实验动物是成年雄猴,年龄在8-14岁。实验中,先对猴子进行行为学训练,通过奖励让它们对一些视觉刺激产生好感(good objects),对另一些视觉刺激产生厌恶感(bad objects)。然后在测试阶段,测试猴子对不同视觉刺激的选择行为,同时利用电生理记录、免疫组化、示踪刺激等方法测试相关脑区神经元的活动情况,并进行对比分析。

在神经系统中,与决策选择有关的信息处理主要发生在基底核,因此该论文讨论的区域主要也是基底核内脑区,如苍白球(globus pallidus externus, GPe)、黑质网状部(substantia nigra pars reticulate, SNr),及周边的脑区,如尾状核(caudate tail, CDt)。

 

图1A中给出了CDt和GPe区在大脑中的相对位置。CDt区神经元主要对视觉刺激反应敏感,然后将刺激信息传递给GPe等区。为了确定CDt与GPe之间的连接关系,作者采用了两种示踪剂:CTB488和CTB555(如图1B所示),然后观察GPe区神经元的活动情况。从图1C和1E中的结果可以看出,GPe区神经元接收到了CDt区神经元的输入。图1F中的数据显示了,GPe接收CDt输入的区域主要是位于尾状-腹侧区(caudal-ventral region),即cvGPe。

 

图1. CDt与GPe之间的投射关系

 

我们已知CDt区神经元主要是视觉刺激驱动的,那么GPe区神经元是否也受视觉刺激影响呢?答案如图2所示,当给予不同的视觉刺激时,GPe区神经元均有不同程度的反应,尤其以cvGPe区神经元放电活动最为显著,这就表明cvGPe区神经元会受到CDt区输入的显著影响。

 

图2. 视觉刺激下,GPe区神经元的反应

 

图3中展示了猴子的训练和测试过程。其中,A图中给出了训练时用到的两类刺激:good and bad;B图中给出了测试时猴子进行选择的行为学得分,相比于对good object的选择(accept),猴子对bad object的选择(reject)显得更准;D图中是cvGPe区神经元群体的活动数据,从中可以看出,当出现good object时,神经元群体活动有一个微弱的变化,当出现bad object时,神经元群体的变化非常明显。

 

图3. 猴子的训练和测试过程

 

接下来,作者分析了从cvGPe区输出基底核的神经通路。在基底核中,cvGPe区要经过caudal-dorsal-lateral (cdl)部分的SNr区输出基底核,将视觉信息传递到superior colliculus (SC)区。实验中,作者分别通过刺激CDt区,记录cvGPe区,以及刺激cvGPe区,记录cdlSNr区,确定从CDt区到cvGPe区,及从cvGPe区到cdlSNr区的连接通路都是抑制性的。

 

图4. CDt → cvGPe → cdlSNr → SC回路的形成

 

图5中给出了完整的有关视觉目标价值选择的神经通路。首先,视觉输入会到达CDt区,然后根据目标中价值的好坏,分两条不同的通路输出给SC。对于good object,会通过直接通路走CDt→cdlSNr→SC这一路径;对于bad object,会通过间接通路走CDt→cvGPe→cdlSNr→SC这一路径。

 

图5. 视觉目标价值选择的完整通路

 

如何通过价值选择将视觉注意力集中到自己感兴趣或认为有价值的目标上是大脑的一项重要功能,而这一功能背后的神经机理之前并不清楚。本文中介绍的这篇研究通过对猴子进行行为学训练,并进行实验数据记录和分析,发现了一条潜在的神经回路,该回路能较好地解释动物是如何进行视觉目标价值选择的。

 

本文为原创编译,转载请注明出处

XML 地图 | Sitemap 地图