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TORU教授团队揭示了丘脑枕与V2条纹区的投射关系

[发布人]:ZINNT[发布日期]:2021-09-11[访问次数]:2371

丘脑枕占据了灵长类动物丘脑背侧的很大一部分,这是灵长类动物大脑最显著的特征之一(1)。然而丘脑枕的连接模式和功能意义尚不清楚。灵长类动物大脑的另一个特征是存在处理不同视觉信息的平行视觉通路”(2)。其中细条纹区主要处理颜色视觉信息,粗条纹区主要处理运动和立体视觉信息,浅条纹区主要处理精细形状视觉信息。有研究表明只有粗细条纹区能接收丘脑枕强烈的信息投射(3),然而,丘脑枕中将信息投射到粗细条纹的投射神经元在丘脑枕确切起源、解剖结构和区别是未知的。在丘脑枕的PL/LPIcl中存在两个完整的网膜拓扑图,TORU教授团队猜想这两个视网膜拓扑图分别将视觉信息投射到粗条纹和细条纹形成上丘-丘脑枕-V2的平行视觉通路(4)

为了验证这个可能性,TORU组实验成员通过内源性光学成像识别出猕猴的V2条纹区,然后将不同类型的逆行示踪剂(CTB- 488 CTB- 555BDA)分别注射到不同V2的条纹区(5)V2注射条纹的类型可以通过V1中的逆行信号标记来判断(V2细条纹接收V1斑点区的投射,V2的粗/浅条纹接收V1斑点间区的投射)。然后检查丘脑枕中PL/PIcl逆行信号标记的特征。实验结果发现标记细胞在PL/PIcl中形成多个簇团,每个簇包括所有三种逆行信号(6)。通过分析所有含有逆行信号标记的丘脑枕切片发现在PL/PIcl中存在5- 6个视网膜拓扑图而不是两个,并且都包括粗/细条纹的投射神经元(7)。这些结果表明PL / PIcl中存在比之前认为的两个视网膜拓扑图更多的划分。它们可能功能相似,可能参与多个皮质-枕部-皮质环。

 

Ye Liu, Jiaming Hu, Songping Yao, Qiuying Zhou, Hangqi Li and Toru Takahata. Multiple visuotopically organized subdivisions of the lateral/caudal lateral inferior pulvinar project into thin and thick stripe compartments of V2 in macaques. Cereb Cortex, Epub ahead of print, Mar 27, 2021

https://academic.oup.com/cercor/advancearticle/doi/10.1093/cercor/bhab049/6189776


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图1不同物种的视觉系统结构示意图。(A)鸟类和爬行动物的视觉通路结构示意图;(B)啮齿动物的视觉通路结构示意图;(C)灵长类动物的视觉通路结构示意图。灵长类动物视觉通路结构的特征是存在明显的上丘 -丘脑枕-视觉皮层通路。


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图2:通过LGN和V1的平行视觉通路示意图。(来自第五版的神经科学原理)

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图3 V2信号的输入来源示意图。细条纹和粗条纹从丘脑枕接收信息投射。(摘自2005年Sinich 和Horton 发布在《Ann Rev Neurosci》的文章)

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图4 TORU团队设想的通过上丘-丘脑枕-视觉皮层的并行视觉通路。(依据第五版神经科原理图绘制)

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图5 V2的逆行示踪剂注射位点和V1中的逆行信号标记结果图。 A) 眼优势图;B) 颜色功能图; C) 朝向功能图;D) 预计的注射位点。通过眼优势柱刺激可以得到V1的眼优势柱,因此可以找到V1和V2之间的边界(图中白色虚线),边界以上为V2,边界以下为V1。标尺2mm见图D所示。逆行示踪剂注射在右半脑的V2,所以其对应的是左下视野。E) 摊平组织后的大脑视皮层注射位置切向切面的CO染色结果图;F) 荧光结果图; G) BDA染色的整合图。H1-I2) 关于图E-G中V1的逆行信号标记放大图。H1和H2中白色实心点圈出的是斑点区的中心,黑色圆圈和白色圆圈圈出的是血管可以得出V1中的CTB-488逆行信号标记大部分分布在斑点区, V1中的CTB-555逆行信号标记大部分分布在斑点间区;I1和I2中绿色实心点为斑点区中心,黑色圆圈圈出的是血管可以得出V1中BDA逆行信号标记大部分分布在斑点间区,V1的斑点区和V2的细条纹有着视觉信息的投射关系,V1的斑点间区则和V2的粗条纹区有着视觉信息的投射关系,结合这些信息可以判断CTB-488和BDA注射在了V2的细条纹区,CTB-555则注射在了V2的粗条纹区。V1/V2的分界线如图中黑色和白色虚线,2mm标尺见图E所示。

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图6丘脑枕中逆行信号标记图。A-D) 冠状面丘脑枕逆行信号标记荧光图。2mm标尺见图A。图a-d为图A-D中含有的逆行信号标记放大图。500μm标尺见图a。E1-E3) 高分辨率下的逆行信号标记图。E1为只用红光和绿光滤光片扫描得到的荧光结果,除了CTB-488和CTB-555的信号也能观察到BDA的信号白色箭头处显性黄色信号结果。 E2为在只用红外滤光片扫描后得到的荧光结果,白色箭头处显现背景色。E3三个滤光片同时扫描后结果,在红绿滤光片下为黄色的标记点此时只显现背景色而不成黄色,说明这些黄色标记点并不是两种逆行信号标记的重叠结果。200μm标尺见图E1。

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图7 视网膜拓扑图对比效果图。 图A) Ungerleider等人2014年绘制的丘脑枕视网膜拓扑图。P1-P4分别对不同的视网膜拓扑图的命名,黑色实心点代表垂直子午线,灰色虚线代表水平子午线。P3主要投射到MT / MST中,而P4仅与外围视野连通。P1和P2则与整个V2有很好的连接性。图B) 依据本实验的结果绘制的视网膜拓扑图以及五个逆行信号簇的位置。1. Ungerleider等人绘制的P1这个视网膜拓扑图应该细分为两个视网膜拓扑图(以黄色和紫色绘制);2.P2的特征和传统的认知一致(以红色绘制);3.在黄色和紫色区域之间(以绿色绘制)以及紫色和红色区域之间(以蓝色绘制)应该存在另外两个小的视网膜拓扑图。也就是说在PL/PIcl中应该存在不止两个视网膜拓扑图。不同颜色代表不同的视网膜拓扑图。图C) 根据所有的逆行信号创建的3D的PL/PIcl中投影到V2的五个视网膜拓扑图的位置。


论文链接:

Multiple visuotopically organized subdivisions of the lateral/caudal lateral inferior pulvinar project into thin and thick stripe compartments of V2 in macaques. Cereb Cortex, Epub ahead of print, Mar 27, 2021

https://academic.oup.com/cercor/advance-article/doi/10.1093/cer




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