利用光遗传技术研究猕猴额-顶通路在注意调控中的作用

Attention is one of the core functions of neural system. Investigating the neural pathway, working mechanism and influence factors is of highly importance in revealing the activity patterns of brain, as well as the pathological basis of attention disorders. Frontal eye field (FEF, locates at the frontal lobe) and lateral intraparietal area (LIP, locates at the parietal lobe) are two areas involving in multiple cognitive functions. They are both related to attention and eye movement control, of which the latter can be seen as one external indicator directed by attention. Therefor, it is important to study the function of FEF-LIP projection in order to better understand the mechanism of attention control in frontal-parietal pathway. The current proposal plans to selectively activate the FEF-LIP projection by pathway-selective optogenetics in-vivo in behaving monkeys to study the following topics: (1) the functional contribution of FEF input in mediating LIP attentional control; (2) The difference between FEF projection to dorsal and ventral LIP in distribution and function; (3) Whether pathway-selective optogenetic modulation is a better solution for behavioral manipulation, which could help to provide guidance for further utilization of such technique in other fundamental and clinical researches.

注意控制是神经系统的核心功能之一，研究其神经通路、工作机制和影响因素不仅对揭示脑活动规律有重要意义，也利于明确一些注意控制障碍的病理基础。位于额叶的前眼野（FEF）和位于顶叶的顶内沟外侧区（LIP）是两个参与了多种复杂认知功能的皮层区，其共同特点是都与注意和眼动的控制相关，而眼动一定程度上可以被看作是注意指向的外显行为，因此研究FEF到LIP的投射对于理解注意控制在额－顶叶通路中的处理机制具有重要意义。 本项目计划利用跨脑区的在体光遗传技术，通过选择性激活清醒猕猴FEF向LIP的投射，探查：（1）FEF信号输入对调控LIP注意控制功能的影响；（2）FEF向LIP背、腹侧投射的分布差异及其功能意义；（3）通路特异的跨脑区光遗传技术对行为调控是否更有效，为进一步利用该技术进行其它基础研究和临床应用提供参考。

光遗传技术作为一种新式的神经调控技术，已经广泛应用于啮齿类的神经环路研究，但是在非人灵长类上的应用仍然比较局限。项目团队在基金的支持下，继续在非人灵长类光遗传学领域进行深入研究。项目团队以猕猴为实验对象，验证了光遗传技术的关键技术环节，包括载体病毒制备、存储、注射、表达；光刺激与神经信号记录等方面。然后，项目团队选取了跟注意功能相关的LIP、FEF脑区进行调控，发现光遗传刺激能在一定程度上影响动物的行为。从而全链条地验证了光遗传技术在非人灵长类脑科学研究中的有效性。此外，我们还发现我们开发的新型逆向示踪病毒可以高效地跨脑区表达，从而实现了在灵长类动物上进行特定神经环路研究。项目的意义在于进一步证实了光遗传技术可以作为一种有效的神经调控手段来研究非人灵长类神经环路和脑功能。该技术不仅可以实现局部脑区特定神经元的精准调控，通过引入新的病毒示踪技术，还可以实现跨脑区的神经标记和调控。因此我们的工作拓宽了非人灵长类脑科学的研究方法，为解决其他潜在问题打开了新的可能性。