視覺決定動物的行動。但麻省理工學院的新研究表明，這種關係是雙向的。該研究於 11 月 25 日發表在《Neuron》雜誌上，報告稱行為和內部狀態直接影響大鼠視覺信息的處理方式。前額葉皮層是執行控制的關鍵中心，它報告行為和內部狀態直接影響視覺信息的處理方式。它將調製信號發送到涉及視覺和運動的區域。這些信號根據鼠標是否警覺以及是否正在主動移動等因素來調整這些區域的行為方式。
皮考爾學習與記憶研究所的保羅和莉拉·牛頓教授、資深作者 Mriganka Sur 說：“這是本文的中心結論：針對目標效果進行有針對性的預測。”麻省理工學院腦與認知科學系表示
自定義前方信號檢測
包括蘇爾的同事、麻省理工學院的厄爾·K·米勒在內的科學家們長期以來一直提出，前額皮質可以指導大腦後部的活動。儘管解剖學證據支持這一想法，但新研究的目標是檢查前額葉皮層是否發送廣泛類別的信號。或者為不同的目標區域發送不同的消息。主要作者、Sur Lab 博士後研究員 Sofie Åhrlund-Richter 仍在努力確定哪些神經元接收這些信號。溝通如何影響下游加工？
不同的額葉區域執行不同的功能。
該團隊發現了許多新見解。前額皮質中的兩個區域，即眶額皮質 (ORB) 和前扣帶回區域 (ACA)，被發現將有關喚醒和運動的信息傳遞到另外兩個區域：初級視覺皮層 (VISp) 和初級運動皮層 (MOp)。這些信息似乎具有獨特的效果。例如，較高的喚醒度會增加 ACA 幫助 VIsp 銳化視覺表徵的傾向。然而，ORB 僅在喚醒度非常高時才具有影響力。 ORB 的參與似乎降低了視覺編碼的清晰度。根據 Åhrlund-Richter 的說法，ACA 可以幫助大腦專注於當覺醒增加時可能有意義的視覺細節，而 ORB 可以起到減少對分散注意力或過度強烈刺激的注意力的作用。
“這兩個 PFC 子區域在某種程度上是相互平衡的，”Erland-Richter 說。 “而刺激會促進可能更不確定或更難以檢測的刺激。但另一種刺激會吸收可能不相關的強烈刺激。”
繪製和跟踪大腦迴路
為了更好地理解所涉及的路徑。 Erland-Richter 在其他實驗中使用 VIsp 和 MOp 對 ACA 和 ORB 模式連接進行了詳細的解剖學追踪。小鼠在輪子上自由奔跑，同時觀看各種對比度級別的結構化圖像或自然主義電影。在一段時間內吹一小股空氣就會提高動物的警覺程度。在這些工作中，研究人員記錄了 ACA、ORB、VISp 和 MOp 中的神經元活動，特別關注沿著連接前部和後部區域的軸突傳播的信號。
後續工作表明，ACA 和 ORB 都與目標區域的多種細胞類型進行通信，而不是與單一細胞類型進行通信。它們也以不同的空間方式連接。在VISp中，ACA主要針對第6層，而ORB主要與第5層通信。
喚醒和運動如何改變視覺處理？
當研究小組檢查傳輸的信息和神經活動時，發現了幾種一致的模式。 ACA 神經元比 ORB 神經元傳達更詳細的視覺信息，並且對對比度的變化反應更好。 ACA 活動也與喚醒水平密切相關，而 ORB 僅在喚醒達到高閾值時才做出反應。當信號發送到 MOp 時，兩個區域都會傳遞有關跑步速度的信息。然而，當信號發送到 VIsp 時，它們僅指示鼠標是移動還是靜止。兩個額葉區域還向 MOp 傳遞有關喚醒和小視覺細節的信息。
為了了解這種通信如何影響圖像處理，研究人員暫時阻斷了從 ACA 和 ORB 到 VIsp 的路徑。這使得他們能夠測量 VIsp 神經元在沒有這些輸入的情況下如何反應。他們發現 ACA 和 ORB 對視覺編碼產生特定且相反的影響。這取決於鼠標的移動和喚醒程度。
早期確認的具體格式
“我們的數據支持 PFC 反饋模型，該模型專門針對 PFC 子區域和目標，允許每個區域有選擇地塑造特定目標的皮層活動。而不是在全球範圍內進行適應，”作者在書中寫道。 神經元–
除了 Sur 和 Åhrlund-Richter 之外，研究團隊還包括 Yuma Osako、Kyle R. Jenks、Emma Odom、Haoyang Huang 和 Don B. Arnold。
這項工作得到了溫納-格倫博士後獎學金、美國國立衛生研究院和自由共同基金會的支持。
