猕猴顶岛前庭皮层参与前庭-视觉冲突适应的神经机制

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangligang987123
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运动病是航空医学界的一个重要难题,一般认为其形成与感觉冲突有关,但具体机制尚不清楚。本课题以前庭-视觉感觉冲突适应为研究范式,对其背后的视觉与前庭动态校正神经机制进行了初步探索。我们首先对猕猴进行自身运动朝向感知任务的训练,并在猕猴学会朝向判别任务后,逐渐引入视觉和前庭冲突让猕猴产生适应。我们发现与适应前相比,猕猴在冲突适应后对前庭和视觉刺激的朝向感知均发生了显著偏移(p<0.05,paired t-test):当前庭刺激位于视觉朝向的右侧时(△>0),适应后猕猴对前庭感知向左发生偏移,相应的主观平衡点(point of subjective equality,PSE)向右偏移(mean±SE:1.25°±2.05°),而视觉感知向右偏移,相应的PSE向左偏移(mean±SE:-0.56°±1.44°);当前庭刺激位于视觉朝向的左侧时(△<0),适应后猕猴对前庭感知向右偏移,相应的PSE向左偏移(mean±SE:-1.96°±1.47°),而视觉感知向左偏移,相应的PSE向右偏移(mean±SE:1.40°±1.30°)。说明猕猴在经历感觉冲突适应后,会对前庭、视觉感知进行重新校准,使得两种模态的感知都朝着冲突减少的方向偏移,以形成统一的知觉。为了进一步探索适应后视觉-前庭校准的神经机制,我们在猕猴执行任务的同时对顶岛前庭皮层(Parieto-insular Vestibular Cortex,简称PIVC)的神经元活动进行同步记录。在记录到的161个PIVC神经元中,有60个神经元在适应前或适应后对前庭运动刺激有显著的方向调谐性(p<0.05,线性回归分析)。经paired t-test检验,适应前后神经元的方向调谐性无显著的变化,p=0.82(△>0),p=0.26(△<0)。进一步通过量化神经元的放电率(ROC分析)将神经元的放电活动转成神经元功能曲线,从而对这些神经元的朝向感知能力进行量化,我们发现当前庭位于视觉朝向右侧时(△>0),适应后的神经元功能曲线向右偏移(△PSE均值为5.74°±12.37°SE),提示对前庭的朝向感知向左偏移。当前庭刺激位于视觉朝向的左侧时(△<0),适应后的神经元功能曲线向左偏移(△PSE均值为-0.31°±35.67°SE),提示对前庭的朝向感知向右偏移。神经元PSE的变化和行为PSE的变化一致,并且群体神经元PSE的变化与行为上对前庭运动刺激感知的变化呈现正相关关系(r=0.49,p=7.19*10-5,Pearson线性相关分析)。经paired t-test检验,神经元在前庭刺激条件下,适应前、后的自发放电率显著的变化,p=0.03(△>0),p=0.03(△<0);神经元在适应前、后对前庭刺激的反应幅度无显著的变化,p=0.86(△>0),p=0.46(△<0)。除此之外,神经元对冲突的适应与动态变化的刺激时程有显著的相关性,具体表现为在刺激开始后0.3~0.4 s(靠近加速度峰值0.375s)、0.4~0.5s(速度峰值0.5s附近)、0.6~0.7 s(减速最大值0.625s附近)这三个时间段相关性尤为明显,说明这些适应很可能受到来自刺激不同时程特性相关信号的影响。总的来说,这些结果说明PIVC区神经元在前庭-视觉跨模态校准中,编码了与冲突适应相关的信号。通过这些研究,我们对大脑内的视觉-前庭的动态校正机制有了进一步的了解,也希望为运动病的治疗提供一些新的思路。
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