猕猴视觉运动适应的神经机制

Detection of motion information from the environment is of survival importance for humans and higher animals. Motion perception is often distorted thanks to visual adaptation, yet, the neural mechanisms underlying motion adaptation are unclear. One challenge is, visual motion is processed in a distributed brain areas with reciprocal synaptic connections, which makes it difficult to pinpoint the exact neuronal origin. Our preliminary work suggests that, by combining two sets of motion stimuli, we can overcome this challenge via psychophysically inactivating the primary visual cortex V1 and the middle temporal area MT, respectively. In this proposal, we attempt to make use of this inactivation technique, and investigate the independent roles V1 and MT play in visual motion adaptation. We will conduct simultaneous behavioral and neuronal recordings when awake monkeys are engaged in a motion adaptation task. We will quantity the behavioral adaptation effects and relate them to the neuronal adaptions in V1 and MT. The results will uncover the cortical underpinnings of visual motion adaptation, and will provide important implications on the neural plasticity and its applications in clinical settings such as cerebral akinetopsia.

准确检测环境中的运动信息对人和高等动物具有重要的生物学意义(如躲避敌害)。运动知觉容易受到视觉适应的扭曲，但其背后的神经机制并不清楚。视运动信息是由视皮层多脑区协同处理的，脑区间互扰(突触连接)导致难以清楚地分离出各级脑区的独立贡献。我们最近发现，通过利用初级视皮层V1和中高级皮层MT神经细胞感受特性差异而设计的刺激，可以实现V1独立激活(MT失活化)和MT独立激活(V1失活化)。本项目拟采用这种刺激诱导失活化的方法，通过同步记录清醒猕猴视运动适应行为与V1、MT区神经细胞电活动，对比考察在V1和MT分别单独作用时，(1)行为水平上，视运动是否出现适应现象及适应强弱；(2)细胞水平上，激活区神经适应的形式和大小(失活区抑制作为控制)；(3)行为适应与神经适应之间的关联性。这些研究将揭示视运动适应的神经基础，为理解神经系统可塑性及其在临床疾病(如运动盲视症)修复中的机理提供重要的参考价值。

感知周围环境中物体（或其它生命体）的运动是我们赖以生存的基本能力之一。视觉运动知觉能力是高度可塑的，比如它会受到短时视觉适应的影响。到目前为止，视觉运动知觉适应的神经机制尚不完全清晰，因为运动信息是由视皮层多脑区协同处理的，脑区间互扰（突触连接）导致难以清楚地分离出各级脑区在知觉适应中的独立贡献。本项目利用特定设计的视觉运动刺激选择性地单独激活初级(V1)和中高级(MT)视觉皮层，定量地解析了它们对运动知觉适应的特异贡献。我们发现，视觉运动知觉适应能同时发生在V1和MT脑区，且两者的贡献大小相当。另外，高级视觉皮层MT区的活动程度与运动知觉适应强弱是正相关的，它反映了两脑区神经适应的总和。这些研究结果阐明了视觉运动知觉适应的起源脑区，量化了初级和中高级视觉皮层在知觉适应中的贡献大小和角色差异，使我们对视觉运动知觉适应产生的机理，以及运动信息在背侧通路上的逐级整合的组织规律有了更深入的理解。同时，在神经适应的基础上，我们还探索了视觉运动知觉可塑性的其它表现形式及其脑机制，研究了老化、视觉背景、眼动以及知觉训练对视觉运动信息处理的调控和影响。本项目的研究将为全面理解视觉运动系统可塑性及其在临床疾病修复（如运动盲视症）中的机理提供重要的科学依据。