神经科学家确定将头部动作与视觉信号整合在一起的大脑回路

塞恩斯伯里惠康中心(Sainsbury Wellcome Center)的神经科学家已经确定了大脑主要视觉皮层(V1)中整合了头部和视觉运动信号的回路。今天发表在《神经元》上的这项研究阐明了大脑的视觉和前庭输入相加以实现适当的行为反应的机制。

在日常生活中，您会不断地转向世界各地。为了弄清您的视线范围内的信息，您需要跟踪头部的位置;这是通过来自您内耳的前庭感觉器官的信息来完成的。

研究小组在初级视觉皮层(V1区域)中确定了一个汇合前庭信号和视觉信号的位置，并继续确定前庭信号来自脾后皮质，这是一个大脑区域，被认为对通过空间进行空间导航至关重要的信息进行编码。周围的世界。

塞恩斯伯里惠康中心副主任兼项目负责人Troy W. Margrie教授评论说：

“自1950年代以来，我们一直专注于理解感觉刺激的方向和速度在初级感觉皮层的水平上是如何表示的。在这里，我们证明了这种皮质过程是与环境相关的，并且涉及报告动物运动状态的“内部”信号。”

为了首先识别V1中可能获得头部运动信号的区域，研究人员使用了最新的Neuropixels探针从被动旋转的小鼠的大脑中进行记录。最初的录音是在完全黑暗的环境中进行的，以确保没有视觉输入，数据显示V1层6(L6)神经元在旋转过程中传达了有关头部运动的信息。

该研究的第二部分使用细胞内记录，重点研究了此类活动可能会编码头部运动的哪些方面。通过损伤前庭管并以不同的速度旋转动物，他们表明绝大多数的V1 L6神经元接受突触输入，其活动可提供对头部速度的可靠估计。

在初级视觉皮层的第6层中记录的单个神经元显示出旋转诱发的反应。玛格丽实验室

“也许最令人惊讶的发现是这些信号在本地网络中的代表程度。尽管仅探索了前庭刺激空间的一小部分，但几乎所有细胞都被发现有反应。”马格里教授指出。

为了研究头部和视觉运动信号在单个V1 L6细胞中的整合，再次从小鼠获得细胞内记录，同时将它们旋转经过静态视觉刺激，然后与来自黑暗中小鼠旋转的数据进行比较。发现L6神经元接收的输入集不同于传达视觉运动信息的输入集，并且这些信号线性求和以区分内部运动和外部运动及其组合。

研究的最后一部分集中在头部运动信号的潜在来源上。脾后皮质(RSP)是参与空间导航的大脑区域，由于其与V1 L6的单突触连接性及其拟议的功能相关性，被提议为可能的候选对象。为了验证该理论，使用伪病毒来表达钙指示剂，该指示剂可以光学记录RSP神经元的输出信号。数据表明，RSP确实为整合头部运动信号提供了一条合理的途径。

马格里教授总结说：

“鉴于我们先前的解剖学发现及其在空间处理中的作用，RSP是我们的第一个候选区域。这些新数据增加了可能中继各种空间信息的可能性。从这个意义上讲，L6可能是皮质中感觉信号的上下文相关调制的一个场所。”

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