猕猴前额叶和后顶叶皮层可逆性失活对视空间稳定性的影响

Our eyes jump (saccade) 3-5 times/second in order to let the image of important object directly projects on the center of retina—fovea, to get acuity vision. Despite the fact that the projection location of stilled objects on retina changes following each saccade, we perceive a unified, continuous and stabilized visual environment. Such phenomenon has been names as visual stability, which indicates that the spatial perception is a result of integration between retinal and extra-retinal information. Previous studies have shown that the prefrontal and posterior parietal cortex in primates play key roles in remaining visual stability. However, it is not clear whether these two cortical regions function differently regarding the representation of visual space. Here, we will compare the performance in spatial tasks before and after reversible inactivation of each of these two regions in same monkeys. Through comparing the behavioral parameters between different experimental conditions, we will further explore the function of these two cortical regions in remaining visual stability.

我们的双眼以平均3-5次/秒的频率跳动，使视野中重要的物体影像投射到视网膜的中央凹，以便获取高空间分辨率的视觉信息。伴随每一次眼跳，外界静止物体在视网膜上的投影位置随之改变，尽管如此，我们感知到的仍是一个完整、连续和稳定的视空间环境。这一现象被称之为视觉稳定性，其表明空间感知是大脑整合视觉和非视觉信息的结果。已有的研究表明，灵长类前额叶和后顶叶皮层在视空间稳定中起关键的作用，但对它们在维持视空间稳定中是否存在功能差异还不甚了解。为此，我们以清醒行为猕猴为模型，利用局部脑区可逆性失活的方法（药物注射和局部冷却）对比同一个动物在分别失活前额叶、后顶叶皮层后对执行视空任务的影响，通过对猕猴行为参数的对比，进一步了解上述两个脑区在维持视空间稳定中的功能。

伴随每一次眼跳，外界物体在视网膜上的投影位置随之改变，尽管如此，我们感知到的仍是一个完整、连续和稳定的视空间环境。已有的研究表明，灵长类额叶眼动区（FEF）和顶内沟外侧壁（LIP）在维持视空间稳定中起关键的作用，但对它们是否存在功能差异还不甚了解。本项目原拟利用局部脑区可逆性物理失活的方法，探索FEF和LIP在维持视空间稳定中的作用，但由于新冠疫情的影响，导致猕猴的价格增长约20倍（~20万元/只）且难以买到，考虑物理降温装置手术安装的高风险性，改变研究方向为探索FEF和LIP神经元整合视觉和非视觉信息的神经机制、健康和脑疾病下视觉诱导眼跳的行为特征和神经机制，而局部失活的研究有待后续开展。因此，通过对比眼跳过程中猕猴额叶眼动区（FEF）和顶内沟外侧壁（LIP）视觉神经元感受野的时空特征，探索FEF和LIP神经元整合视觉和非视觉信息的神经机制；以猕猴为研究对象，探索多空间位点信息诱导单一眼跳的神经机制。实验获取的数据、分析结果及其科学意义如下：（1）从3只猕猴的FEF和LIP分别共采集了大约300个视觉神经元的电生理数据，并详细测量了每一个神经元的2-D感受野，发现在眼跳过程中，猕猴FEF群体视觉神经元的感受野朝向眼跳靶点移位，而LIP群体视觉神经元的感受野朝向未来感受野移位（平行于眼跳方向），表明FEF和LIP在维持视空间稳定中的作用不同；（2）从2只猕猴的LIP采集约200个任务相关神经元的电生理数据，发现这些神经元的活性编码了多空间位点信息诱导单一眼跳的过程，表明LIP在此过程中起重要作用；（3）从2只猕猴采集的大量眼跳数据表明，注意释放（fixation disengagement）和运动准备（motor preparation）动态影响大脑的内在状态，进而影响眼跳的发生时间。