非人灵长动物三维空间中自身位置编码的神经机制研究

Primates usually navigate in 3-dimensional environment, and the accurate self-location perception is essential for survival. Previous study found that, while rodents navigated in the cage, some neurons in the entorhinal cortex fired in a regular grid-like pattern (the so-called grid cell), and some neurons in the hippocampus fired only when the animals reached a specific location (the so-called place cell). Since the rodent brain is dramatically different from primate brain, we still don’t know much about the neuronal mechanisms underlying 3-dimensional perception of primates. In recent years, researchers started to do 3-dimensional studies on non-human primates and got some progresses...In present project, we built the 3-dimentiaonal experimental environment by the Virtual Reality technique. By employing electrophysiology technique on behavior monkeys, we will record the neuronal activity in both entorhinal cortex and hippocampus. Furthermore, by simultaneous recording these two brain areas and local inactivation, we planned to explore the function among the entorhinal-hippocampus circuitry. This study would help us to understand how the brain processes 3-dimentional information. And this study could be expanded to many study fields which were studied in 2-dimential conditions.

灵长动物的探索活动主要在三维空间中进行，三维空间中自身位置的准确感知是进行探索活动的重要保障。研究表明，当鼠类进行空间探索时，内嗅皮层的网格细胞（Grid cell）呈有规律的网格状发放，而海马的位置细胞（Place cell）则仅在某一特定位置发放。鼠类的研究结果对了解灵长动物三维空间感知机制有很大的参考价值，但两者大脑差异较大，同时鼠类三维空间实验通常较难精确控制参数，因而近几年有研究者开始进行非人灵长动物三维空间感知研究，并取得了一定进展。.本课题拟通过虚拟三维技术，采用清醒行为猴在体电生理方法，记录内嗅皮层和海马在三维空间探索任务中的电活动。并通过双电极同时记录及局部可逆性失活技术，探索内嗅皮层—海马神经环路在三维空间中自身位置编码方面的功能。本课题的顺利开展不仅能够帮助了解大脑三维空间感知的神经机制，同时可拓展应用于很多前人在二维平面上进行的研究中，具有较广阔的研究前景。

由于客观世界物质分布的非均一性，在空间中进行高速、有效的探索，是人类和其他灵长动物重要的生理功能。本项目以虚拟现实技术为切入点，探索非人灵长动物进行虚拟现实实验的技术可行性，并进行相应的神经编码机制研究。目前实验室完成了虚拟现实技术的探索，已构建适用于非人灵长动物的虚拟现实实验平台，探索了适用于当前实验目标的手术术式，并完成了两只非人灵长动物的行为训练。目前已记录神经元近100个，部分神经元表现出明确的任务相关性，相关动作电位及场电位数据仍在进一步的分析处理。所记录的脑区位置依据图谱初步确定为基底神经节，当电生理数据采集结束后，脑区位置需进一步采用影像技术确认。.在人类被试上同步进行的基于虚拟现实技术的心理物理学实验，主要研究目标趋向行为中的非理性因素。实验结果显示，人类被试在虚拟现实环境中进行路径抉择时，表现出了与损耗收益最优化模型不一致的非理性行为。在损耗收益相同的情况下，被试明显倾向于选择先慢后快的路线，并且这种选择和被试的个体特性相关。此部分数据采集工作已完成，正在进行数据分析与论文撰写。.在项目进行的同时，我们同步分析了前期在猕猴后顶叶皮层采集的电生理数据，以并列通讯作者发表SCI文章1篇，IF为9.432。该研究主要探索猕猴后顶叶皮层视觉运动转换的神经机制，揭示顶内沟外侧区的两个亚区，腹侧顶内沟外侧区（LIPv）和背侧顶内沟外侧区（LIPd），.在眼动控制上编码了不同的信息。此外，我们还以共情性疼痛为切入点，探索工作记忆的短期调控机制。该实验发表SCI论文1篇，影响因子为4.259。该研究发现，共情性疼痛对即将编码的工作记忆存在明显影响，且女性被试所受到的影响明显大于男性被试。而对于已经编码的工作记忆容量，共情性疼痛同样存在影响，且对女性被试的影响仍旧较大。对被试的个体特征进行分析显示，共情性疼痛对于工作记忆的影响与被试的共情能力表现出一定的相关性。