嗅-触觉间跨模态注意转换的自上而下机制研究

Attention can be focused volitionally by "top-down" signals derived from task demands.Flexibility of attention can be reflected by attention switching from one to another across simultaneously presented multiple stimuli. Previous studies have focused on attention to different dimensions within an modality, especially for visual attention. A network of areas in the posterior parietal cortex (PPC) and prefrontal cortex (PFC) has been implicated in the control of visual attention.But little is known about the neural basis of attention shift between modalities.Gamma oscillations mediate stimulus competition and attentional selection by sychronize large number of neurons process task-related stimulus. They are also cosely associated with neuronal communication across brain regions. In this project, we will examine brain activity during attention shifts between olfaction and tactile perception to explore mechanisms underlying involvement of frontoparietal network in crossmodal attention switch. We will focus on: How frontoparietal network modulates processing of attended and nonattended stimuli, What's the difference between roles of PFC and PPC, and the relationships between frontoparietal activity and rats' behavior performance.Our project will be useful to reveal mechanisms underlying selective attention and it may provide some theoretical support for attention deficit disorder (ADHD) and other diseases in attention.

人类赖以生存和发展的一项重要功能是可对特定刺激进行选择性加工。根据新任务主动把注意从一个对象转移到另一个对象的过程叫注意转移，可体现注意的灵活性。目前有关注意转移神经机制的研究较少，且多集中于单模态不同维度间的转换，很少涉及跨模态转换。这些研究发现内侧非颗粒皮层和后顶叶皮层在注意中发挥重要作用，且主要通过Gamma振荡介导。Gamma振荡可动员多个神经元同步放电对重要刺激集中处理，也有利于脑区间的信息交流。本项目拟训练大鼠进行嗅、触觉跨模态注意转换任务，采用多通道同步记录技术记录内侧非颗粒皮层、后顶叶皮层、以及梨状和初级体感皮层内神经元及局部场电位的活动,重点探索：额顶叶皮层如何调节感觉皮层对相关刺激和干扰刺激的处理？它们的作用有何差别？以及它们的活动与注意转换能力的相关性等。本项目研究有助于揭示注意的神经机制，以期对改进教学方法和对多动症等注意相关的疾病的治疗提供一些理论上的帮助。

无论何时何地，我们都会同时接触到各种各样的外界刺激，我们无法对所有的刺激进行加工处理，只能选择感兴趣或对我们有用的信息进行加工处理。这个过程就是选择性注意的过程。有时候选择性注意需要在不同模态之间转换，即跨模态选择性注意。有关跨模态选择性注意的相关机制研究甚少，gamma振荡可能在选择性注意的过程中发挥重要作用。Gamma振荡可动员多个神经元同步放电对重要刺激集中处理，也有利于脑区间的信息交流。本项目训练大鼠进行视听觉或嗅听觉的跨模态注意转换任务。在该任务中，一个听觉刺激和嗅觉（或视觉）刺激会同时呈现给大鼠，大鼠必须根据之前的指示信号选择性地注意某种模态的刺激，而忽略另一种模态的刺激。待大鼠行为稳定后，我们采用多通道同步记录技术同时记录了后顶叶皮层（Posterior Parietal Cortex, PPC）以及初级听觉皮层（Primary Auditory Cortex, A1）内神经元及局部场电位(Local Field Potential, LFP)的活动,重点探索了PPC如何通过gamma振荡调节感觉皮层对靶刺激和干扰刺激的处理。我们观察到PPC神经元可对要注意的靶刺激作出反应，而忽略干扰刺激的影响。在选择性注意时gamma振荡活动增加，且感觉皮层内神经元与PPC内gamma振荡表现出很好的相位锁时关系。以gamma振荡为时间框架，我们发现当注意听觉时，A1神经元先于PPC神经元3-5ms放电；而当注意视觉时，A1神经元落后于PPC神经元1-2ms放电。这些结果提示PPC中gamma振荡可能起到抑制性过滤的作用，只有先于PPC抑制性排放的兴奋性输入才能才能兴奋下游靶区，进行进一步的处理。本项目研究有助于揭示注意的神经机制，可对改进教学方法和对多动症等注意相关的疾病的治疗提供一些理论上的帮助。