运动依赖的听觉门控机制：揭示多感觉决策中的神经奥秘

为探究多感觉决策中感觉优势状态依赖变化的神经机制，研究人员以小鼠为对象，发现运动可使听觉主导决策转向视觉主导，该成果意义重大。

　　在自然界中，动物需要不断地做出决策，而这些决策往往依赖于多种感官信息的整合。想象一下，一只小鼠在探索周围环境时，它既要依靠视觉来判断前方是否有障碍物，又要借助听觉来察觉潜在的危险。但当视觉和听觉信息发生冲突时，小鼠是如何决定该相信哪种感觉的呢？这背后的神经机制一直是科学家们关注的焦点。

此前，虽然已知哺乳动物的决策依赖于多感觉输入的整合，且在信息冲突时会根据主导感觉模态灵活解决，但感觉优势在不同行为状态下变化的神经机制却鲜为人知。为了揭开这个谜团，韩国基础科学研究院（IBS）和韩国科学技术院（KAIST）的研究人员开展了一项深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。

在这项研究中，研究人员运用了多种先进的技术方法。其中，在实验动物方面，使用了多种基因工程小鼠，如 C57BL/6 J 野生型（WT）小鼠、PV-IRES-Cre 小鼠、CaMKIIα-Cre 小鼠等。在实验技术上，采用了电路特异性钙成像技术，能够实时观察神经元在不同刺激下的活动变化；光遗传学操作则可以精准地调控特定神经元的活动。此外，行为学实验设计巧妙，通过训练小鼠在跑步机上进行视听辨别任务，观察其在不同运动状态下的决策行为。

研究结果具体如下：

1. 运动增强小鼠在视听冲突下的视觉主导决策：研究人员训练头固定的小鼠在跑步机上辨别听觉和视觉刺激并做出 Go/No-go 决策。结果发现，静止状态下，小鼠在视听冲突时多表现出听觉主导决策；而运动状态下，小鼠的视觉主导决策显著增加，且这种变化与运动持续时间有关，而非速度。例如，在不同运动状态下的实验中，静止小鼠在 80.7% 的不一致试验中表现出听觉主导决策，而运动小鼠这一比例降至 45.6%，且持续运动（>3s）的小鼠比刚开始运动的小鼠表现出更强的视觉主导决策12。
2. PPC 扰动增强听觉优势并损害视觉辨别：研究表明，PPC 对小鼠的感知决策至关重要。通过向 PPC 注射 GABA 受体激动剂抑制其活动，或光遗传学激活 PPC 区域的小白蛋白表达（PV+）神经元，发现 PPC 失活会导致视觉辨别能力严重受损，但不影响听觉辨别。这使得小鼠在不一致试验中听觉主导决策更加明显，说明 PPC 活动对视觉辨别至关重要，而对听觉辨别影响较小34。
3. 运动减少 PPC 中的听觉表征：利用体内钙成像技术，研究人员发现运动选择性地降低了 PPC 中听觉反应，而视觉反应在静止和运动状态下相似。通过对神经元活动的分析，发现 PPC 神经元对视觉信息的处理强于听觉信息，且运动进一步削弱了 PPC 中的听觉表征。比如，在运动状态下，PPC 中视觉神经元的比例增加，许多神经元失去了听觉反应56。
4. PPC 中的多感觉表征决定了视听冲突下感知决策的主导模态：研究人员通过分析 PPC 神经元在多感觉试验中的活动，发现其对一致多感觉输入的表征与视觉刺激相似。在不一致多感觉试验中，PPC 神经元根据小鼠的决策不同而对相同刺激有不同表征。若 PPC 神经元主要表征视觉信息，小鼠会做出视觉主导决策；反之，则做出听觉主导决策。而且，运动增加了 PPC 中保持强视觉表征的可能性，减少了听觉表征，从而使小鼠做出更多视觉主导的多感觉决策78。
5. 运动选择性抑制听觉皮层到顶叶皮层的输出，但不影响到纹状体的输出：研究发现，运动抑制了投射到 PPC 的听觉皮层神经元（AC_PPC），但对投射到纹状体的听觉皮层神经元（AC_STR）无影响。AC_PPC神经元的活动在运动开始时显著降低，且其钙活动与运动速度呈负相关；而 AC_STR神经元在运动过程中活动无明显变化。这表明运动对听觉皮层不同输出通路的影响不同，可能影响听觉和视觉辨别以及视听整合910。
6. 运动减少 AC_PPC神经元中与任务相关的听觉表征：在任务过程中，AC_PPC神经元的听觉反应在长时间运动后受到抑制，且在不一致试验中，其反应在视觉主导决策时明显弱于听觉主导决策。而 AC_STR神经元在运动过程中不受影响，其群体在不同试验中表现出相似水平的听觉反应。这说明运动对 AC_PPC和 AC_STR神经元的影响不同，AC_PPC神经元的抑制与小鼠多感觉决策中听觉优势的降低相关1112。
7. 光遗传学双分离揭示了 AC 亚群在视听辨别任务感知决策中的不同作用：通过光遗传学抑制 AC_PPC神经元，发现其不影响小鼠在听觉、视觉和一致视听试验中的决策，但会显著降低静止小鼠在不一致试验中的听觉主导决策。而抑制 AC_STR神经元则会严重阻碍静止小鼠的听觉辨别能力，并减少不一致试验中的听觉主导决策。这表明 AC 到 STR 的回路对听觉依赖的感知决策很重要，而 AC 到 PPC 的回路在视听冲突下的听觉主导决策中更为关键1314。
8. 听觉皮层输入抑制 PPC 中的视觉表征：在静止小鼠中，光遗传学抑制 AC 轴突在 PPC 的 terminals，发现其选择性地减少了 PPC 的听觉输入，同时增加了视觉神经元的视觉反应，并显著降低了不一致试验中的听觉主导决策。这表明 AC 到 PPC 的投射抑制了 PPC 中的视觉神经元，促进了静止状态下动物在视听冲突中的听觉主导决策；而运动则通过调节 AC 到 PPC 的回路，诱导更多的视觉主导决策1516。
9. 运动皮层向 AC 的投射在运动过程中抑制 AC_PPC神经元：研究发现，M2 向 AC 的神经投射抑制了 AC_PPC神经元的听觉反应，而对 AC_STR神经元无影响。M2 神经元的活动与不一致试验中的主导模态以及运动相关，其在运动开始时被强烈激活。光遗传学抑制 M2 轴突在 AC 的 terminals，会增强运动过程中不一致试验的听觉优势。这表明运动通过激活 M2 到 AC 的回路，选择性抑制 AC 到 PPC 的输出，使 PPC 活动在运动过程中主要由视觉信息主导，从而导致小鼠在视听冲突中做出更多视觉主导决策1718。

综上所述，该研究揭示了小鼠在视听冲突下多感觉决策中行为状态依赖的感觉优势变化的神经机制。听觉皮层到顶叶皮层的输出抑制了 PPC 中的视觉表征，导致听觉主导决策；而运动抑制了这种听觉输出，使决策转向视觉主导。同时，运动不抑制听觉皮层到纹状体的输出，使动物在运动时仍能保持精确的听觉决策。该研究为理解大脑如何在不同行为状态下整合多感觉信息提供了重要依据，也为进一步研究多感觉决策的神经机制奠定了基础。