Neuron | 麻省理工團隊揭示視覺感知調控新發現

基本信息

Title:Distinct roles of prefrontal subregion feedback to the primary visual cortex across behavioral states

發表時間：2025.11.25

Journal:Neuron

影響因子：15.0

研究背景

我們的視覺體驗并非只是對外界的被動記錄。如果把初級視覺皮層（VISp）比作一臺攝像機，那么大腦的“總司令部”：前額葉皮層（PFC）就像是一位經驗豐富的導演 。這位導演會根據我們當下的情緒狀態、動作和注意力，實時調節攝像機的“參數”。然而，導演麾下的不同“執行導演”（PFC子區域）是如何分工的？它們向視覺皮層傳遞的具體信號是什么？這一直是神經科學領域待解的謎團 。

近期，麻省理工學院（MIT）Mriganka Sur團隊在Neuron上發表了重要研究，通過軸突成像和化學遺傳學等技術，揭示了前額葉兩個子區域：前邊緣皮層（ACA）與眶額皮層（ORB）在視覺調控中的獨特角色

核心發現與意義

研究者發現，PFC的反饋信號并非鐵板一塊，而是具有高度的模塊化和目標特異性 ：

ACA是“信號增強器”：ACA傳遞的視覺信息比ORB更強 。它能顯著增強視覺神經元的編碼能力，且這種增強效果會隨著個體的喚醒度（Arousal）線性提升 。通俗來說，當你保持警覺時，ACA會幫你更敏銳地捕捉那些微弱的視覺信號 。

ORB是“狀態過濾器”：ORB的活動主要受高喚醒和運動驅動 。出人意料的是，ORB的反饋反而會降低視覺皮層對高對比度刺激的編碼能力 。這暗示ORB可能在運動或高喚醒狀態下過濾掉某些視覺細節，以支持更高級的關聯學習或避免信息過載 。

因地制宜的調控：研究還發現，PFC子區域對不同目標區（如視覺皮層 vs 運動皮層）發送的反饋信號是“量身定制”的 。例如，在視覺皮層中，運動反饋表現為簡單的“開/關”狀態；但在運動皮層中，同樣的反饋則能精確反映運動的速度快慢 。

研究啟示

這一發現改變了我們對大腦自上而下調控的認知：PFC并非在全球范圍內整齊劃一地改變大腦狀態，而是通過不同子區域與各級感官皮層的精準博弈，動態地塑造著我們的感知世界 。

核心圖片

Figure 1. Axonal projections from the ACA and the ORB innervate discrete layers of the VISp and adjacent regions and target diverse neuron Classes. ACA與ORB向視覺皮層投射的解剖學圖譜 該圖展示了前邊緣皮層（ACA）和眶額皮層（ORB）在全腦尤其是視覺皮層（VISp）中的軸突分布差異，揭示了兩者在視覺區具有不同的層級分布特征：ACA主要投射至第1層和第6層，而ORB則富集在第1層和第5層 。通過轉錄組標簽追蹤系統（ATLAS），研究者證實這兩個區域的反饋信號可以同時接觸到視覺皮層中的興奮性神經元以及三類主要的抑制性神經元（PV、SST、VIP），為后續的功能調控奠定了結構基礎

Figure 2. ACA and ORB axonal activity in VISp and MOp convey visually driven information that is differently modulated by behavioral state. ACA軸突相比ORB具有更強的視覺驅動和對比度敏感性 通過雙光子鈣成像記錄發現，ACA反饋至視覺皮層的軸突具有較高比例的視覺反應性，且其反應強度會隨視覺刺激的對比度增加而顯著增強 。相比之下，ORB軸突的視覺驅動較弱且對對比度不敏感，其活動更多受到行為狀態（如高喚醒水平）的離散式調控，暗示ACA更偏向于傳遞視覺特征信息，而ORB更偏向于傳遞狀態信息

Figure 3. Decoding accuracy of visual information scales with arousal level in ACA axons. ACA軸突的視覺解碼能力隨喚醒水平線性提升 此圖利用支持向量機（SVM）分析證明，ACA軸突所攜帶的視覺刺激身份信息在動物處于奔跑或高喚醒狀態時顯著優于靜止狀態 。特別是在面對低對比度的弱刺激時，ACA軸突的解碼準確率與瞳孔大小（喚醒度的指標）呈線性正相關，而ORB軸突則缺乏這種隨喚醒水平持續波動的細微調節機制