灵长类前额叶皮层在数量感知决策中的作用及其神经编码机制
批准号:
32060199
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
36.0 万元
负责人:
彭吉云
依托单位:
学科分类:
认知神经生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
彭吉云
中文摘要
数量感知是大脑对感觉信息的抽象加工,是人和动物进行行为决策的重要基础。我们先前工作发现,在猕猴的后顶叶皮层存在大量对数量有特征反应的神经元,且是相对数量分辨所必需的,但其环路连接机制尚不清楚。前额叶与顶叶有着广泛的相互投射,是更高级的信息整合皮层,和顶叶一道被认为是数认知的核心脑区。但其在数量感知决策中的确切角色尚缺乏核心证据,其编码机制也不明晰。为此,本项目拟训练猕猴进行基于视觉信号的相对数量判断任务操作,1)在后顶叶和前额叶多道同步记录神经电活动,从而定位前额叶的数量编码区域并观察分析后顶叶和前额叶皮层神经元的编码特征及协同关系;2)使用muscimol可逆失活前额叶相关区域,明确其重要性及是否有任务特异性;3)使用双光子钙成像观察前额叶III-V层神经元在任务操作时的集群反应,探讨从感知到决策过程的编码机制。本研究将为理解脑的运行机制和模拟脑的人工智能开发提供理论依据。
英文摘要
Numerosity is an abstract neural representation of sensory input, which is an important decision basis for both human and animals. In our previous studies, we identified the brain area in the posterior parietal cortex (PPC) where were neurons encoding numeric information and was functionally involved in the relative numerical discrimination. However, how the neural circuits are wired is largely unknown yet. The prefrontal cortex (PFC) is mutual connected with the parietal cortex, which is on the top layer to integrate neural information from sub-cortical areas. The PFC, together with parietal cortex, are suggested to be the critical brain areas for numerical cognition. So far, the exact role and neural encoding mechanism of PFC for the numeric information processing and numeric based decision is not well studied yet. In this study, we will train the rhesus monkeys to perform a numeric discrimination task based on visual stimuli. 1) we will record the neural activities from both parietal and prefrontal cortex simultaneously using multi-channel electrodes. This will help find out the most relevant area in PFC and figure out how these two areas cooperate to process numeric information. 2) we will use muscimol to transiently inactivate the identified PFC area to see whether it is necessary and specific for numerical discrimination. 3) we will perform two-photon calcium imaging in the identified PFC area to see how the neuron populations from each layer (III-V) are working through the perception to decision processing and analyze the potential mechanism. This study will help to build up a neural computation model to describe the neural circuits for abstract information extraction and using, which is useful for the development of artificial intelligence based on brain simulation.
数量感知是大脑对感觉信息的抽象加工,是人和动物进行行为决策的重要基础。我们先前工作发现,在猕猴的后顶叶皮层存在大量对数量有特征反应的神经元,且是相对数量分辨所必需的,但其环路连接机制尚不清楚。前额叶与顶叶有着广泛的相互投射,是更高级的信息整合皮层,和顶叶皮层一道被认为是数认知的核心脑区。本研究通过记录猕猴在操作相对数量分辨任务及颜色分辨任务期间的前额叶神经元电活动,发现腹外侧前额叶(vlPFC)神经元更多的参与到数量信息的提取,其动作电位发放表现出对数量信号的选择性,而不在颜色分辨过程中表现出选择性。使用GABAa受体激动剂muscimol可逆性失活vlPFC显著降低猴的数量分辨任务操作成绩,且呈难度依赖性,而对同等难度的颜色分辨任务操作无显著影响。这一结果表明,前额叶皮层在数认知中与顶叶皮层有着显著不同的角色,后者的失活既影响数量分辨任务,也影响颜色分辨任务操作,可能扮演着一般性的视觉信息整合存储功能。vlPFC在数量分辨任务中的特异性功能作用表明,更具抽象意义的数量感知信息加工过程需要更高层级的前额叶皮层的参与,而像颜色这样的单一属性的视觉信息,其分辨过程的前额叶参与不是必需的。本研究在非人灵长类动物的层次证明了vlPFC在视觉信息的数量特征提取中的重要性。结合先前在顶叶皮层的工作,我们的研究工作提供了一种可能的视觉信息流处理图景,即视觉信息从视皮层→顶叶皮层→前额叶皮层的传递过程中,其提取的信息变得越来越抽象。这为理解大脑的抽象信息处理过程提供了坚实的实验基础。
脊髓少突胶质细胞P2Y12受体在慢性神经痛形成中的作用与机制
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批准号:32360197
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:32万元
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批准年份:2023
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负责人:彭吉云
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依托单位:
国内基金
海外基金