注意切换信息传导通道的神经机制研究

Attention plays important role in modulating brain activity and regulating behaviors. The mechanisms underlying attention modulation are the fundamental questions of cognitive neuroscience. A classical view about attention modulation was to facilitate the process of signal processing and transduction. However, in a recent study we found that covert attention modulated saccadic reaction time through routing signal transduction between two different visuo-oculomotor pathways. We posted the "attention routing hypothesis", which altered our understanding about the mechanisms of attention modulation. However, the neuronal mechanisms underlying attention routing function are still not known. We plan to explore these questions through a serial of neurophysiology studies in behaving monkeys, including drug injection, single neuron extracellular recording, and microstimulation, etc. First, we will try to find the important brain areas, which are involved in the attention routing function. Then we will try to find the correlate neuronal activity with attention routing function. Meanwhile, we will continue human psychophysical studies to examine whether the attention routing function is a general phenomenon in different behavior models, e.g. hand movement.

注意对大脑活动有重要的调控作用并可以引起行为的改变，其背后的机制是认知神经科学研究的重点问题之一。传统观点认为注意对大脑活动和行为反应的调控主要是通过提高对所关注信息的处理速度来实现。但我们近期的工作表明，注意对眼睛运动反应时间的调控可通过切换视觉-眼动信息在两条部分分离的神经通路中的传导来实现，并提出了注意的通道切换假说。这一发现使人们对注意作用方式有了新的认识，拓展了对注意调控大脑活动和行为反应方式的理解。该项目中，我们拟探讨注意切换神经传导通的神经机制。利用一系列的清醒行为猴神经生理实验，包括局部脑区药物注射，胞外记录，微电极刺激等。找到和注意通道切换紧密相关的脑区，然后进一步研究相关神经元的活动与注意调控作用的关系。同时，我们将结合心理物理实验，探索注意的通道切换假说在不同行为范式之间是否具有普遍适用性，并深入探讨其优点和意义。

传统观点认为注意主要影响信息的处理速度。但本课题组的前期研究表明注意还可能切换信息处理通路。为探索这一过程背后的神经机制，我们以快速眼动为行为范式，对猕猴顶内沟外侧壁（LIP）在注意调控视觉-眼动信息转换过程中的作用进行了研究。.本项目的主要研究内容包括：（1）采用局部药物注射对LIP进行可逆的短暂失活，研究其在视觉-眼动快速通路和常规通路切换中的作用；（2）在猕猴执行有线索提示的间隔任务（cue gap task, CGT）时，记录LIP单个神经元的动作单位发放，研究其在时序注意中的编码特征；（3）分析在间隔眼动任务（gap saccade task, GST）中微眼跳的频率、方向等特征，研究视觉-眼动快速通路和常规通路切换的内在过程；（4）研究LIP神经元对快速眼动的空间和时间特征的编码作用。.我们发现：（1）LIP腹侧亚区在视觉-眼动快速通路和常规通路切换中起重要作用，但其背侧亚区失活对视觉-眼动通路切换没有显著影响；（2）LIP神经元对顺序出现的干扰刺激和眼跳目标的反应相似，提示其在时序注意调控中的作用不显著；（3）微眼跳的频率和方向变化反映出大脑对眼动的提前准备和方向预期不同，可能是引起两条视觉-眼动通路切换的原因；（4）LIP神经元编码快速眼动的时程和空间特征，可能起到对快速眼动的在线监控作用。.本项目取得的关键数据包括：（1）LIP两个亚区可逆性失活对两种快速眼动比例和反应时间的影响；（2）LIP不同类型神经元在CGT任务中的活动数据；（3）GST中猕猴微眼跳数据；（4）LIP不同类型神经元在快速眼动任务中的活动数据。.本项目研究结果的科学意义包括：（1）对LIP不同亚区的功能区分解释了前人关于LIP功能研究结果间的矛盾；（2）对LIP神经元在时序注意调控下的视觉信息编码进行了系统研究，发现LIP在时序注意中的作用不显著，提示该种注意可能主要在其它脑区编码；（3）发现LIP在快速眼动时程和空间特性的在线监控中起重要作用，进一步明确了其在视觉-眼动通路中的作用。