2022年1月3日，《Brain Structure and Function》在线发表了北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室吕海东课题组的研究成果。这项研究揭示了灵长类视觉皮层之间不同信息的并行投射。

视觉通路中有不同的神经元处理颜色，形状，运动等视觉特征。这些信息在加工中不断整合，最终形成了完整的视觉。在视觉通路的关键脑区V2和V4，存在着处理颜色，朝向和运动信息的功能模块，然而，我们并不清楚它们之间是否存在并行的，功能特异性的轴突投射。

这项工作在灵长类动物猕猴上展开，研究者首先利用内源信号光学成像进行功能定位，在V4找到了朝向，颜色，和运动功能区。然后在这些功能区分别注射了不同荧光色彩的CTB逆向示踪剂。注射点处来自V2的轴突吸收了这些示踪剂，逆行运输至V2的神经元胞体，这些跨脑区投射的神经元胞体就会被染上荧光。通过对离体的脑组织进行细胞色素氧化酶（CO）的染色，他们发现，被荧光标记的V2神经元位于不同的CO条带上，呈现非常明显的间隔分布（图一）。其中，注射到V4颜色功能区的示踪剂逆行标记了V2窄带（thin stripes）的神经元，而注射到V4朝向功能区的示踪剂标记了V2浅带（pale stripes）的神经元。

图一。V4不同功能区的逆行示踪标记了V2的不同条带。上图为猕猴大脑示意图及V2位置，上图右侧为在V4注射不同荧光示踪剂后在V2标记到的细胞。下图为V2所有标记细胞的统计，在V4不同功能区注射的示踪剂逆向标记了V2的不同条带。

在V2，不同的条带具有不同功能偏好的神经元。窄带有较多的颜色偏好的神经元，而浅带有较多的朝向偏好的神经元。通过分析V4注射点功能强度和标记细胞在V2条带分布之间的相关性，他们总结出了V2到V4的投射模式（图二），即这两个脑区间存在颜色和形状信息的并行连接特征。而两个脑区的运动处理模块之间却没有看到类似的连接特征。

图二。V2对V4的并行投射总结图。V2内处理颜色信息的窄带(thin stripes)投射到V4的颜色功能区。V2处理朝向的浅带(pale stripes)投射到V4的朝向功能区；V2处理运动和深度的宽带(thick stripes)主要投射到背侧通路的MT区。

这项研究首次揭示了V2和V4功能区之间的投射关系，以及其分离的并行投射。说明视觉信息在不断融合之外还保留了相对独立的并行处理机制。这种融合和分离共存的现象在视觉信息处理中的功能意义尚待探讨。这些发现对于我们理解视觉皮层的信息处理具有重要意义。

该论文并列第一作者为吕海东教授的博士研究生方辰和闫坤，课题组梁晨、王佳钰、蔡幸雅、张睿等在研究中做出了贡献。国家重点实验室章晓辉教授、舒友生教授提供了宝贵的技术支持。实验室其他成员也参与了部分工作。该研究工作得到了国家自然科学基金的支持。

论文链接：
Fang C*, Yan K*, Liang C, Wang J, Cai X, Zhang R, Lu HD (2022) Function-specific projections from V2 to V4 in macaques. Brain Structure and Function. (* equal contribution)

https://doi.org/10.1007/s00429-021-02440-3

课题组相关研究：

Ma H, Li P, Hu J, Cai X, Song Q, Lu HD (2021) Processing of motion-boundary orientation in macaque V2. eLife. 10:e61317.

Tang R, Song Q, Li Y, Zhang R, Cai X, Lu HD (2020) Curvature-processing domains in primate V4. eLife. 9:e57502

Fang Y, Chen M, Xu H, Li P, Han C, Hu J, Zhu S, Ma H, Lu HD (2019) An orientation map for disparity-defined edges in area V4. Cerebral Cortex. 29:666-679.

Hu J, Ma H, Zhu S, Li P, Xu H, Fang Y, Chen M, Han C, Fang C, Cai X, Yan K, Lu HD. (2018) Visual Motion Processing in Macaque V2. Cell Reports. 25, 157–167.

Li P, Zhu S, Chen M, Han C, Xu H, Hu J, Fang Y, Lu HD (2013) A motion direction preference map in monkey V4. Neuron. 78:376–388.

吕海东课题组网页：
http://lulab.bnu.edu.cn/