视觉闪光刺激调制下丘神经元声信息加工的机制研究

Auditory perception and identification of brain could be modulated by the visual input. Previously, most studies on this topic are mainly focused on the cortical and subcortical brain multisensory regions, little has been paid to inferior colliculus (IC), a subcortical pure auditory nucleus in auditory pathway, which is important to acoustic information gathering and integration. It is still not clear how visual input modulates auditory signal processing and extraction of IC neuron. In present grant proposal, we will study and probe the cellular and synaptic neural mechanisms underlying the effects of visual input on acoustic information processing in IC neurons of mice using neuro-electrophysiological and neuro-pharmacological methods, as followings: effects of flash stimulus on frequency analysis of IC neuron; role of flash stimulus in acoustic information extraction of IC neuron under weak noise masking; synaptic mechanism of flash stimulus modulating acoustic response of IC neuron. All results obtained in the studies will provide new experimental evidences and explanations for further understanding the modulation of visual input on acoustic information processing.

大脑在感知和识别声信号的过程中，会受到视觉输入的调制作用的影响。先前研究多集中在视听交叉脑区以及听皮层，而下丘作为听觉系统中皮层下一个非常重要的信息汇聚和整合的中继站，针对其声信息加工受视觉输入影响的研究相对较少，视觉输入如何影响下丘神经元对声信息的提取以及加工处理的，目前还不是十分清楚。因此，本项目提出开展"视觉闪光刺激对下丘听神经元声反应的影响及机制研究"的思路，拟采用闪光刺激、声刺激、神经药理学相结合的方法，以及细胞外和细胞内的记录方法，研究视觉输入对小鼠下丘声信息加工影响的细胞及突触机制。主要研究：视觉闪光刺激对下丘神经元频率信息分析的影响及机制；弱噪声掩蔽下视觉闪光刺激影响下丘神经元声信息提取的作用机制；视觉闪光刺激调制下丘神经元声反应的突触机制。所获得的研究结果可为进一步了解视觉输入对听觉信号加工的调制提供新的实验证据。

大脑在感受外界环境信息的过程中，会同时受到多种模态的感觉信息的刺激，调制和整合多模态的信息就显得至关重要。其中视觉对听觉信息加工处理的调制就是重要的部分。针对视听调制的研究，以往研究多集中在听皮层，而下丘作为皮层下一个非常重要的听信息汇聚和整合的中继站，其声信息加工受视觉输入影响的研究相对较少。本研究采用光刺激、声刺激、神经药理学等相结合的方，研究了视觉输入对下丘声信息加工影响的细胞及突触机制。研究发现（1）视觉刺激输入可以调制下丘神经元对声刺激的反应，该作用局限于一定的时间窗内（+160 ms至-80 ms，正值为闪光刺激在声刺激前，反之则为负值），且当视觉闪光刺激先于声刺激同步给出（相同的刺激呈现率）时引起的调制作用较大。（2）受调制的下丘神经元中，70%左右的下丘神经元受兴奋性调制，30%左右受抑制性调制。兴奋性调制作用可以锐化下丘神经元的频率调谐曲线及强度放电率函数曲线，而抑制性调制作用则拓宽下丘神经元的频率调谐曲线及强度放电率函数曲线。这说明视觉刺激的调制作用有利于声频率、强度信息加工的敏感性和广度的提高。（3）不同方位的持续视觉刺激可诱导下丘神经元的方位敏感性向着视觉刺激方位漂移，并可持续30min以上。以上的研究结果可为进一步了解视听调制作用提供新的实验证据。