大脑如何处理外界信息并产生相应的行为是神经生物学研究的一个关键问题。视觉系统的各级神经元对视觉信息进行加工和处理,使得人和动物能够感知和辨别各种视觉物体并根据外界信息引导自身的行为。本实验室以小鼠为模型,研究视皮层信息处理、视觉抉择、视觉联合学习以及运动控制的神经机制。实验技术手段包括清醒小鼠的多电极胞外记录、光纤成像记录、在体和离体膜片钳记录、光遗传/化学遗传操纵、免疫组化、视觉或嗅觉引导的小鼠行为等。

  感觉信息引导抉择行为的神经机制 

  视觉信息引导抉择行为的产生需要多个脑区(视皮层、顶叶皮层、额叶皮层、基底神经节和上丘等)神经元活动的参与。要了解视觉抉择行为的神经机制,需要研究特定脑区以及特定类型神经元的活动在特定行为过程中具有怎样的作用。我们建立了自由活动小鼠或头部固定小鼠的行为范式,利用光遗传/化学遗传技术操纵特定脑区的活动,并在行为小鼠进行电生理记录或光遗传标记识别特定类型的神经元。一些正在开展的课题包括:(1)次级运动皮层和眶额叶皮层在灵活抉择行为中的作用。(2)当前抉择受历史抉择影响的时间窗怎样随着刺激的难度发生动态变化。(3)背侧纹状体不同类型的神经元在运动控制中的作用。

  视觉联合学习行为的神经机制 

  在联合学习过程中,大脑需要不断更新那些与行为结果相关的外界刺激的表征。作为额叶皮层的一部分,眶额叶皮层(orbitofrontal cortex, OFC )在奖赏编码、抉择和学习等高级功能中起重要作用。OFC向感觉皮层(包括视皮层、听皮层和体表感觉皮层)有反馈投射,但是这些投射是否参与联合学习过程中感觉信息的动态表征并不清楚。我们在小鼠皮层进行神经示踪实验,证实了初级视皮层V1接受OFC的反馈投射。目前正在开展的研究包括:(1)OFC向V1的投射怎样影响行为小鼠V1神经元的视觉反应?(2)在小鼠的视觉行为过程中,投向V1的OFC神经元具有怎样的活动规律?(3)操纵OFC向V1的投射的活动怎样影响小鼠的视觉联合学习行为?

姚海珊 博士

研究组组长;高级研究员