《小鼠听觉皮层的视觉刺激反应》摘译

史艳莉 张联 摘译

1 武汉轻工大学医学技术与护理学院(武汉 430026)

大脑皮层是汇聚和整合各种感觉信息的主要枢纽，例如，声音信号(听觉域)和言语的嘴唇运动(视觉域)的整合，从根本上影响语言的感知。以往认为，信息加工处理的最早阶段是单一的模态，即只对某一种感觉刺激做出反应。近期研究发现，视觉、听觉和运动感觉皮层的初级脑区均能接收和整合来自其他感官系统的信息。Kayser等在对猕猴研究中发现，配有光闪刺激的声音出现时，听觉皮层(auditory cortex，ACtx)核心区和周边区域对声音的神经反应被视觉刺激进行了加工处理。目前，对于视觉反应神经元的刺激偏好和皮层分布虽然仍知之甚少，但这类信息对于了解这些反应在听觉处理中的作用却是至关重要。本研究通过对小鼠清醒状态下听觉和视觉皮层的电生理记录，旨在明确小鼠听觉皮层(ACtx)是否及如何对视觉刺激做出的反应。

本研究采用6～12周Ntsr1-CreJ基因敲除小鼠19只进行实验。

实验分五步进行。首先，采用线性探针对清醒小鼠进行实时的细胞外记录，明确小鼠ACtx神经元是能同时传导听觉和视觉刺激;随后，采用探针电极位点与切面图融合，探究小鼠ACtx对视觉反应发生的皮质层次;第三步，为了研究ACtx初级脑区和次级脑区的视觉反应特征，进行数据重建和分析;第四步，通过对听觉和视觉皮层的视觉反应潜伏期的记录，了解视觉皮层(visual cortex，VCtx)和ACtx对视觉刺激处理的时差效应；最后，为了验证ACtx的视觉反应是否同样携带视觉场景的特定信息，对1 s移动光栅刺激的反应时间和放电率进行了比较。

结果显示在不同实验模块中，给予小鼠100 ms的不同频率和衰减的纯音刺激，或150 ms黑色背景下白色方块光栅刺激后，观察MU(multiunit unit,MU)和SU(single unit,SU)的情况，结果MU和SU均存在视觉刺激反应电位，说明小鼠ACtx能同时传导听觉和视觉刺激。

通过绘制探针电极位点到大脑荧光染色的IDi-I切面图，来确定视觉反应电极部位的皮层深度，结果发现，MU和SU视觉反应大部分发生在L6(layer six, L6)中，其余的发生在L5(layer five, L5)；并且视觉反应均发生在距边缘≤200 μm处。

与主要区域相比，在感觉皮层的次要区域或“高阶”区域更容易观察到多感觉整合的神经特征。视觉反应主要位点存在于小鼠脑图谱上的ACtx初级脑区,但次级位点的最佳频率(best frequency,BF)在接近64 kHz的位置，视觉反应更显著。表明视觉MU反应更倾向于次级位点和初级高频调谐位点及多个听觉BF位点。

初级ACtx的MU视觉反应明显早于次级脑区(P<0.05)。使用与刺激ACtx相同强度的闪光刺激清醒小鼠记录VCtx参数，结果显示VCtx和ACtx的视觉反应潜伏期没有显著差异。尽管VCtx位点分布范围更广，但VCtx在视觉闪光刺激到达ACtx之前就开始对视觉刺激进行了加工处理。

视觉皮层加工的标志是将神经元辐射到特定方向的边缘。在对ACtx记录时，通过全屏呈现1 s移动光栅，在SU的视觉反应中记录到强烈反应，且ACtx存在中度的调谐。移动光栅反应显示VCtx具有较高的定向选择性，但在ACtx仅有弱调谐单位。表明ACtx的视觉反应不携带视觉方向信息，只有视觉刺激的时间信息。

本研究为了明确小鼠ACtx是否对视觉刺激做出反应，让清醒的小鼠接受视觉和听觉刺激，同时从听觉或视觉皮层进行单模态实时记录。结果发现，初级和次级ACtx在没有声音的情况下，通过光闪和移动光栅刺激可以直接激活SU和MU。这些反应除了大部分在L6，还有部分在L5；并且ACtx视觉反应位点的潜伏期比VCtx的长，针对移动光栅仅仅呈现较弱调谐。该结果表明，皮质深层可能是小鼠多种感觉整合的位点。

Banks等采用神经示踪法研究发现，小鼠初级ACtx接受VCtx的投射，并且V2的神经元主要投射到L1和L6。由此可见，视觉信号通过视觉皮层V2M和V2L的单突触连接到小鼠ACtx的深层，引起刺激反应有潜在的解剖学途径。尽管本研究中并没观察到L1视觉反应性细胞，但在初级和次级ACtx投射到L5和L2或L3的锥体细胞中观察到较多的L1树突棘。视觉信号可以驱动ACtx的感觉刺激反应的同时，联合皮层的其他区域也会发送反馈投射来调节ACtx的信息加工。这就可以比较清楚地解释为何在看电影时，同时看字幕、听声音能更好地理解剧情，发现细节信息。Bizley等用单个神经元电活动记录，发现视觉刺激会影响麻醉的雪貂听皮层神经元活动，当它们同时受到视觉和听觉刺激时，会以棘波的形式接受比单一模态刺激时更多的信息。本实验在清醒动物身上实时记录听觉和视觉皮层的电生理变化，不仅避免麻醉状态下被抑制的反应，而且在对反应定向调谐的研究中发现，视觉反应在次级ACtx中更为明显。

本研究通过实验证实了视觉、听觉和运动感觉皮层的初级脑区均能够接收和整合来自其他感觉模态的信息，对传统的“信息加工的最早阶段是单模态的，即仅对一种感觉模态做出反应"的经典理论提出质疑。将荧光细胞标记、光遗传学和化学遗传学的方法运用于多种感觉整合的研究, 将有助于阐明整合交叉模式信号的微环路。

(摘译自：Morrill RJ, Hasenstaub AR.Visual information present in infragranular layers of mouse auditory cortex[J].J Neurosci，2018，38(11):2854-2862.)