鼠脑新发现结构:纹状前区的神经联系、化学构筑及其损伤

Area prostriata (Apro) in the monkey plays important roles in the rapid processing of visual information from the peripheral field, and it is suspected to be in the mechanisms of related diseases. Direct neural projections from the pimary visual cortex to APro are thought to be responsible for the fast analysis of peripheral vision, but the existence of the direct pathway has not been confirmed neuroanatomically. In fact, it is very difficult to accurately inject experimental tracers and drugs into the APro of the monkeys due to its deep location. Furthermore, experiments in lower mammal such as rat and mouse have failed to uncover a homolog of the monkey Apro. Thus, the structural and functional organization of the APro has not been deeply investigated. In this project, on the base of our first discovery of mouse APro, we will systematically identify the network and development of neuronal connections and characteristics of major neurotransmitters and receptors in the rodent APro. In addition, we will examine the impact of Apro lesions on spatial learning and memory in rats. We plan to achieve these goals by means of retrograde and anterograde pathway tracing, immunohistochemistry, electron microscopy, chemical lesion, and behavioral analysis. The results of this project would provide the necessary neuroanatomical substrate for deeper insight into the mechanisms behind the fast analysis and integration of peripheral vision as well as the function of the APro in mammalian brains.

猴脑纹状前区在周边视觉信息的快速处理并可能在相关疾病的发病机制中发挥重要作用。虽然周边视觉信息的快速分析可能与初级视皮质向纹状前区的直接神经投射有关，但这种直接投射通路的存在一直未有神经解剖学证据支持。事实上，由于猴脑纹状前区位置较深，因而向其内准确注射实验性示踪剂或药品非常困难。而且，在低等哺乳动物如大鼠和小鼠的实验中与猴同源的纹状前区一直未被发现。这使得对纹状前区的结构和机能构筑的深入研究成为困难。本项目拟在我们首次发现小鼠纹状前区的基础上，采用神经通路逆行和顺行示踪、免疫组织化学、电镜、化学损伤以及行为学分析，较系统地揭示鼠脑纹状前区的神经联系网络及其发育、主要神经递质及受体的特征以及大鼠此区损伤后对空间学习记忆的影响。本项目结果将为深入研究周边视觉信息的快速分析和整合机制以及哺乳动物大脑纹状前区的机能提供必需的神经解剖学基础。

虽然纹状前区（Pro）的位置、范围及其与周围结构的毗邻关系在猴和人脑中已经确立，但同源的Pro是否存在于鼠脑中还是个迷。另一方面，虽然对猴和人脑的研究发现Pro对周边视野内的移动刺激的快速分析至关重要，但对此功能的神经机制仍有待发现。 本项目通过比较解剖学、基因表达型式、免疫组化、通路示踪及Cre鼠系等方法首次确立了大鼠和小鼠Pro的存在、位置、范围和毗邻，并揭示了Pro在全脑内的传入和传出神经联系。 主要的神经联系概括如下: 1) Pro主要与初级视皮质(V1)的周围视野代表区有较强的神经联系，提示Pro主要监测周边视野内的物体。2）背侧外膝体直接投射到Pro。这条快捷视觉通路为Pro快速分析周边视野内迅速移动的刺激提供了重要的神经环路支撑。此通路的揭示也可为盲视（见于V1损伤患者）现象中残存的无意识或潜意识视觉提供了合理解释。3）Pro接受很强的来自对侧Pro的传入投射，提示此区具有分析和整合来自两侧半球信息的机能。4）作为边缘皮质的Pro接受多种感觉模态不同等级的来自丘脑、初级和次级感觉皮质及联络和边缘皮质的神经传入。在典型的感觉通路中，外界刺激的信息依次通过丘脑和不同等级的感觉皮质区，最后达到边缘皮质。不同等级的传入同时在纹状前区的汇聚表明此区是一个对不同但相关的信息进行整合的中心。5）Pro的主要传出投射支配顶盖前区，腹侧外膝体，脑桥核，丘脑背外侧核，枕核，未定带和前下托。这些结构大多在视运动行为反应如逃避、防御或搏斗中起重要作用。. 本项目也对小鼠Pro的化学构筑进行了系统的研究。发现了许多分子标记物包括神经递质和受体分布于Pro特定的皮层或细胞类型上。另外，根据不同的基因表达将Pro分为了两个亚区。这些发现为今后对此区特定细胞类型的环路和功能研究打下了基础。. 最后，双侧大鼠Pro的损毁导致动物在旷场试验，高架十字迷宫和Morris水迷宫试验中的明显行为损害。这表明Pro与焦虑及空间信息的处理密切相关。