注意力提高神经回路的突触功效和信噪比(Farran Briggs, George R. Mangun& W. Martin Usrey）

      注意力是知觉的一个重要组成部分。然而，注意调节神经沟通来指导行为的机制却知之甚少。为了阐明注意力的突触机制，我们开发了一种神经沟通注意调节的敏感测定。在执行视觉空间注意任务的警戒键中，我们通过电刺激丘脑外侧膝状体神经元中的神经元，同时记录来自初级视觉皮层中单突触连接的神经元的震动诱发响应来探测丘脑 - 皮层通信。我们发现通过增加突触前输入在驱动突触后反应中的功效，通过增加接受独立输入的突触后神经元集合之间的同步响应，以及通过减少接受共同输入的突触后神经元之间的冗余信号来增强神经元通信。结果表明，注意力通过选择性地改变突触权重来细调突触级别的神经元通信，使得能够在嘈杂的感觉环境中增强对突发事件的检测。

       选择性注意力是一个强大的大脑机制，可以加强相关信息的处理，同时防止干扰事件的干扰。 许多人类和动物的研究已经证实，视觉注意能影响视觉皮层和皮质下视觉区域的感觉信息处理。 针对视觉皮层中神经元感受野内刺激的攻击一般会导致神经元放电速率的增加和同步性。 更近期的工作表明，视觉注意也可以改变神经元活动的相关结构，变异性和/或反应增益。 然而，在突触水平上，视觉注意力改变神经回路中的交流的基本机制仍然是一个谜。 此外，目前尚不清楚神经元群体活动中的注意力介导的改变如何转化为感知的改善。

       为了阐明注意的突触机制，我们开发了一种神经元通信的非常敏感的电生理学检测方法，对丘脑的外侧膝状核（LGN）中的丘脑皮质神经元的刺激以及来自单突触连接（即，突触后）神经元的同时记录 - 短尾猴的视觉皮层（V1）进行空间注意任务。 首先，我们测试了视觉注意是否改变了LGN和V1之间突触通信的有效性，这里定义为突触前刺激唤起突触后动作电位的可能性。 其次，我们研究了注意力是否会改变突触后目标神经元的相关活动中的信号和噪音。

       培训两只猴子，以保持中央固定，同时将注意力集中在两个漂移格栅之一上，以报告注意刺激的对比度变化（图1）。其中一个光栅位于记录的神经元的感受野上，另一个位于远离感受野的等同偏心处。将注意力集中在（注视状态）和离开（注视状态）记录的神经元接受区域的试验组织成块，并用中心固定点的颜色进行提示。在随机5％的试验中，提示指令是无效的，使得对比度变化发生在无人看管的位置。正确地检测有效和无效的试验中的对比变化，动物被奖励。空间注意力的行为测量是通过比较准确性（正确完成试验的百分比）和有效和无效试验的反应时间来推导的。对于这两只猴子来说，有效性和无效性试验的准确性显着更高（P = 0.03），反应时间明显更快（P <0.05;图1b），表明动物隐蔽地注意到指定的位置。

       在每只动物中，我们在LGN的巨细胞和小细胞层中植入刺激电极（图2a），以致在这些层中施加于丘脑皮质神经元的弱电刺激引起超阈值，短暂和固定延迟的单突触峰值（突触后）丘脑皮质受体（TCR）神经元，位于V1层4C（图2a，b）。重要的是，刺激水平的设置使得刺激仅在一小部分试验中引起突触后峰值（补充图1a）。我们记录视觉诱发的活动，以响应漂移的正弦光栅，以表征所有记录的TCR神经元的生理反应。 TCR神经元（n = 61）被分组为接受巨细胞层和细胞层（分别称为巨细胞受体（n = 36）和细胞 - 受体（n = 25）群）的输入的那些在刺激对比度需要引起一个半最大的反应（图2c）。 Magnocellular和parvocellular受体神经元不同跨越几个生理

图1 | 注意任务和行为表现。 a，注意任务，包括视觉显示的有代表性的框架，其中注意力由提示颜色（中心注视点;在这种情况下为红色）指向神经元的接受场指导。 虚线的黑色圆圈（中间框）表示记录的神经元的感受野。 一个审判的时间表显示在底部; LGN冲击时间在对比度变化之前示意性地示出（在70％的试验中发生冲击）。 b，两只猴子的有效试验和无效试验的反应时间数据（猴B（MB），P，0.01;猴O（MO），P，0.05）。 误差线表示s.e.m.

包括定位调整（P，0.001;图2c），一次谐波（f1;基频）与平均响应（f0; P，0.001）的比值以及视觉诱发放电率（P，0.05）。然而，休克效应（补充图1a），自发放电率和休克诱发的突触后反应潜伏期（图2b）在大细胞和小细胞受体人群中没有显着变化，这与以前的报道一致。
在TCR神经元被生理地表征之后，我们记录视觉诱发和休克诱发的神经元反应，而ani-mals执行注意力任务。在注意试验的一个子集（70％）中，在光栅呈现开始之后的1,000和1,200 ms之间，一次冲击被传递到LGN，始终处于视觉刺激周期的相同阶段，并且在对比度变化之前。电刺激不影响表现，因为动物完成休克和非休克试验的能力没有显着差异

图2 |注意调节丘脑皮层突触功效。 a，实验装置。突触前LGN神经元（黑色）的电刺激导致同时记录的TCR神经元（红色）中的突触后反应。休克诱发的突触后峰值发生在固定的潜伏期，伴随着很小的时间抖动，如代表性TCR神经元的试验平均波形（右）所示。 b，分别为黑色和绿色的巨细胞和小细胞受体神经元的突触后反应潜伏期的分布（平均潜伏期;巨细胞受体神经元
5 3.4±0.3ms，小细胞 - 受体神经元53.1±0.4ms）。 FF，前馈。 c，大细胞和小细胞受体神经元（R2 5 0.52）的C50（半最大反应对比度）和方向调整带宽（半峰宽，半峰宽）之间的关系。细胞受体神经元; C50 5 13.8 61.1％，定向半宽5 34 61.8u。细胞受体神经元; C50 5 49.4 63.4％，定向半宽度5 69 64.6u。颜色约定在b。 d，在参与方式和免去参加条件下，休克诱发的突触后峰值的百分比。黑线表示统一。平均疗效（引起突触后反应的电击的百分比）：对于所有TCR，参加5 36 63％，参加528 6 3％;大细胞受体神经元，参加5 37 64％，参加5 29 6 4％;细胞受体神经元，参加535 6 5％，参加5 28 65％。
e，f，（e）休克引起的峰值功效（参与式和免除式条件）和（f）大细胞和小细胞受体神经元的注意力指数值（注意不同的尺度）之间的差异分布。注意指标值从光栅刺激开始后850到1,200毫秒的发射速率计算。虚线表示零，红线表示平均值（大细胞和小细胞受体TCR的刺激效力的平均差异5 8 62％;平均关注指数大细胞受体5 0.008 6 0.007，小细胞受体5 0.006 6 0.007;颜色惯例如在b）中。

参加或参加条件（P。0.5）。当我们比较丘脑皮层突触功能（引起突触后峰值的突触前电击的百分比）作为注意力的函数时，我们观察到当隐蔽的空间注意力针对记录的TCR神经元的感受野时突触功效的高度显着增加注意力远离TCR感受野（P <0.001;图2d）。对于大细胞和小细胞受体神经元群体，突触功效的注意调节是显着的（P均为0.001）。对于参加试验，值得注意的是，在与突触后反应潜伏期对应的时间窗口内发生的尖峰数量在休克试验和非休克试验之间没有差异（补充图1b），尽管事实上冲击强度在中立的条件下是有效的。这个发现与这样的观点是一致的，即当从神经元的接受场指向时，注意力也可能对同步效力具有抑制性影响。

由注意条件下休克诱发的钉效能的正向变化（图2e）指示的丘脑皮层突触效能的强烈的注意力增强（图2e）与适度的注意力介导的神经元放电速率的增加相反（图2f;统计学显着对于大细胞受体（P = 0.025），而不是在细胞 - 受体（P = 0.1）神经元）。有趣的是，在注意条件下，这种适度增加的放电率在刺激发作和最早的对比改变机会（850-1200ms和1000-1200ms）之间的较晚时间段内是明显的，并且在耳边或更宽与之前的研究结果一致，表明在V1（参考文献7,21-24）中，发射速率较弱或者没有注意调节，这与时间周期（0到1,200 ms或600到1,200 ms; P。0.75;补充图1c）一致。进一步的分析还表明，关注效应幅度与注意力对丘脑皮层通信功效的影响之间没有关系（补充图1d）。这些结果表明：首先，注意调节丘脑皮质电路中的突触功效不仅仅是由于LGN或TCR神经元的简单增益或发射阈值变化;其次，丘脑皮质视觉通路可能利用不同的（突触水平）机制来传播注意力信号，而注意力调节可以通过神经元放电频率的变化进行索引。

我们进一步探讨注意调节在丘脑皮质电路的突触效应的时间精度通过检查尖峰

图3 | 注意力增强的突触功效的时间精度。 a，b，对于大细胞受体TCR神经元（a）和小细胞受体TCR神经元（b），在周围震荡诱发突触后峰值（发生在时间5°）时间周围的平均差分峰电活动）。 误差线代表s.e.m .;阴影地区代表2 s.d. 高于和低于平均活动。 c，基于TCR神经元是否显示早期抑制（浸没与未浸润细胞），分成TCR神经元的平均差异峰值活性。 误差线表示s.e.m. 黑色和灰色线条说明了高斯拟合倾角和非倾角单元格数据。 dip单元半高宽5 1.75 ms; 对于无浸泡细胞5 2.75毫秒。

      在震荡诱发的突触后峰值（-4ms到16ms）周围的10ms窗口内活动。图3a，b分别显示了大细胞和小细胞受体神经元的震荡诱发性突触后峰值（定义为时间5°）周围的差分峰电活动的总体平均时间过程（参见补充图图2a为对应于每个关注条件的单独的时程图）。在这两种情况下，扣球活动都会上升到平均活动的两个标准偏差以上2到3毫秒，这表明注意会在有限的时间窗口内引起突触引起的尖峰数量的增加。值得注意的是，大约40％的TCR神经元（42％的大细胞受体神经元和40％的细胞受体神经元）在诱发性刺激之前显示出尖峰活动的倾向性下降（图3a，b和补​​充图。 2a，b），提示可能通过局部中间神经元进行快速前馈抑制，可能会在突触后诱发峰值出现之前抑制刺激活动。与此相一致的是，我们发现具有快速前馈抑制的TCR亚群在其突触震动引起的突触后峰值的时间中表现出更小的抖动（对于“倾角”神经元，反应概况5 1.75ms，对于“非倾角”神经元，反应概况为2.75ms; 3C）。这些结果表明，前馈抑制使突触后尖峰定时精度提高约1ms。蘸水的存在说明我们的V1神经元样本中的注意力调节通常是动态的，包括减少扣球的阶段以及增加扣球的阶段。这些动态可以帮助解释为什么注意调制没有产生更大的整体放电率的增加。
      在确定注意力改变了神经回路中具有良好时间精度的突触通信的功效之后，我们接下来着手确定是否注意力差异地影响信号和噪声在丘脑皮质回路中的处理。以前的研究已经提供证据表明注意可能会通过增加信号或降低发射率波动中的噪音20,22来改变神经元活动20,22。我们通过检查注意力对同时记录的TCR神经元对之间同步尖峰的发生的影响来评估是否注意既能提高信号又能减少同一电路中的噪声。在某些情况下，同步脉冲可以通过更有效地驱动下游目标来增强信号检测[25,26]，而在其他情况下，同步脉冲可能通过引入噪声混淆下游目标神经元的解码[27]。使用多电极记录阵列，我们从71对同时记录的TCR神经元中记录，这些TCR神经元响应于LGN中的电刺激而发射同步尖峰。我们的鉴别同步突触后峰值的标准是严格的：在任何给定的试验中，对于对中的每个TCR神经元在特定的休克诱发的突触后峰值潜伏期中需要发生同步尖峰。对于每一对，我们计算了在参与方式和免去参加条件下响应电刺激引起同步尖峰的试验的百分比。这个分析的结果是清楚的;注意力显着增加了百分比的跨TCR对样本的同步尖峰（图4a，b; P，0.001）。这种效应在我们的样品中存在于大细胞 - 大细胞，小细胞 - 小细胞和大细胞 - 小细胞对中（P，0.04;图4a，b，黑色，绿色和灰色符号，分别），表明注意调节峰值同步性在整个丘脑皮质电路中是一致的。
       两个TCR神经元之间的同步尖峰可能来自两个来源：首先，在独立通信通道（例如，不同的LGN轴突）中行进的尖峰的同时到达;其次，在共同通道（例如，一个LGN轴突）中发散的尖峰的同时到达发散。虽然这两种机制都会将信号（刺激引起的）和噪声尖峰传播到它们的突触后目标上，但是独立的LGN轴突之间同时发生的随机产生的噪声尖峰比共同输入的LGN轴突的分支之间不太可能发生。因此，注意力可以通过增加从独立信道到达的尖峰信号的强度，并且通过降低从共同输入信道到达尖峰信号的强度来增加丘脑皮质电路中的信号与噪声之比。为了确定我们的样本中的TCR神经元对是否接收到共同的LGN输入，我们计算了来自TCR对漂移正弦光栅的神经元响应的改进的交叉相关图。对于25个TCR对，交叉相关图在时间零点处包含一个单一的窄（3ms，半高全宽）峰值，表明两个神经元频繁地响应共同的前馈输入而发射同步尖峰（Fig。 4C）。我们的样本中的TCR对与零中心交叉相关图峰值具有重叠感受野，与以前对具有共同前馈输入的视觉神经元26所显示的相关性模式的研究一致。大多数记录的TCR对由两个大细胞受体神经元或两个小细胞受体神经元组成，与V1的大细胞和小细胞输入的解剖学分离一致。然而，我们也遇到了混合的巨细胞和小细胞受体神经元对。

       对于接受共同输入的TCR对，当注意力朝向和远离细胞的接受场时，我们计算了同步尖峰的百分比年龄（即，交叉相关图尖峰中包含的尖峰的百分比）。这一分析结果表明，注意力从同一输入的同步峰值的百分比降低约10％（见补充方法）。与此相一致的是，差异交叉相关图峰值高度的分布（注意偏向）被显着地移到了零的左边（P <0.01），表明注意力降低了对共同输入的同步响应（图4d） 。这些结果表明，注意力可以通过减少由普通前馈输入引起的同步尖峰的量来降低丘脑皮层通信中的噪声。
      作为最后的分析，我们探讨了是否注意差异调节同步刺激成对的TCR神经元从独立的来源接收输入（即，具有平坦交叉相关图的TCR对）

图4 |注意同步尖峰的调制。 a，震荡引起同步峰值的功效; 71对同时记录的巨细胞 - 巨细胞（M-M;黑色，n = 54），细胞 - 小细胞（P-P;绿色，n11），巨细胞 - 细胞质M-P;灰色，n 12）TCR对（圆圈代表TCR对;正方形代表推定的TCR对）。黑线表示统一。在参与状态下，所有对中的同步尖峰的平均功效5 7.6 6 0.8％，在外观条件下5 3.1 6 0.6％（橙色钻石，十字准线代表立方米）。 b，注意力介导的差异在冲击诱发的同步尖峰的百分比中的分布。颜色约定在a中。虚线表示零，箭头表示总体平均值（14.4±0.7％s.e.m.）。 c，示出了接受共同突触前输入的一对TCR神经元以及用于巨细胞 - 巨细胞 - 受体和细胞 - 细胞 - 受体对的混洗校正交叉相关图的两个实例的图，同步尖峰（以零点为中心的狭窄峰值）以及注意力对参与（红色）和外加（蓝色）条件下同步尖峰的百分比的影响。 d，在接受共同输入（21个大细胞 - 巨细胞，2个细胞 - 小细胞和2个大细胞 - 小细胞对）。公约中的b。峰值5的峰值平均差异20.3 6 0.2％。 e，接收共同前馈输入的实际和预测的同步尖峰之间的差异（实心线; n = 25）;以及在注意条件下接收独立输入（空心线; n = 46）的TCR对之间的差值。误差线代表s.e.m .;星号表示接受独立输入的TCR对的注意条件的显着差异（P，0.025）。平均实际2个预测值：共同输入TCR对，参加5 0.1 6 0.2％，参加5 0.5 6 0.2％;独立输入TCR对，参加5 0.6 6 0.3％，参加5 20.1 6 0.3％。

     与从共同来源（即，具有窄的，零中心的交叉相关图峰值的TCR对）接收输入的TCR对相比。更具体地说，我们确定测量的同步尖峰百分比是否与预测的百分比不同，基于测量的每个TCR神经元对诱发的突触后尖峰概率的乘积（图4e）。对于接受共同输入的TCR神经元，测量同步尖峰的百分比与预测没有显着差异（P = 0.25），并且没有注意到这种关系的影响。然而，对于接受独立输入的TCR对，实际和预测的同步尖峰之间存在显着差异，并且注意力对测量值和预测值之间的关系具有显着影响（P = 0.025）。这些结果表明，注意力不同地调整了独立和共同来源的同步投入。因此，通过增强对来自独立信号源的同步输入的响应来提高信号传输，并通过减少对来自公共输入信号源的同步输入的响应来降低噪声传输。根据我们的数据，注意力可能平均提高信噪比约20％（见方法）。这一发现对于理解神经网络在解剖布线约束所导致的潜在噪声相关性的情况下对感觉信息进行最佳编码的机制具有重要意义。

       综合起来，这项研究的结果提供了关于注意改变神经沟通机制的多重见解。首先，注意力通过提高同步效能来调节信号传输。这一发现代表了注意力在突触水平上起作用的第一个证据。其次，注意调制传入信号传输具有良好的时间精度。第三，通过同时增强信号的传输和减少噪声的传播，注意力可以增加神经电路中的信噪比。这些结果强烈表明注意力以高度选择性的方式调节突触输入，使得携带显着感觉信息（通过独立信道）的输入得到增强，并且输入带有潜在的冗余信息（通过共同信道）的输入被抑制。每个结果都有重要意义,这对于我们理解感知信息处理的注意力调节是有意义的。
       注意力调节的丘脑皮层电路突触功效是强大的，并显示时间精度。注意力相关的V1加速时间精确度的提高导致部分来自快速的不完全前馈抑制。有趣的是，V1活动的注意调节的时间精确性与更多的全局燃烧速率的变化（由围刺刺激活动计算的注意指数表示）没有强相关。这种缺乏对应性表明，注意力通过多种机制改变大脑活动，包括神经元放电速率的更多全局改变，以及在个体神经环路层面上运作的突触通信的更精细的动态改变。此外，我们的研究结果支持这样一个观点，即涉及精细动力学的注意调节可能不会在神经元放电率的更多全局改变中表现出来。在本地电路层面，这种影响可能有助于提高空间和时间精度，但在更为全球的层面上，这些影响可能是平均的。在V1（和其他感觉皮质）中，注意可以利用精细的动力学来适应压抑的突触，这是一种已知的丘脑皮层传入的特性。知道高度视觉皮层区域的注意力是否影响突触权重，如果是的话，注意力对突触权重的影响是否是注意力对神经元发放率动力学影响的基础。
       我们的数据支持通过提高神经电路通信中的信噪比来直接增强感官信息处理的想法。在相同的神经回路中同时进行的信号增强和降噪表明注意力以高度选择性的方式调节相关的突触活动。选择来源于独立输入的突触联系以及关于感官刺激的特征特征信息被更加强调地加以注意，导致更好地处理下游神经元的盐水刺激特征。源于常见输入的突触连接的注意力较小，因此误报不太可能传递给下游解码神经元。这种不对称的突触加权与因为突触后基因座（如改变皮质受体神经元的膜电位阈值）将难以与不对称突触权重一致，因此注意力提示突触前基因座进行调节。此外，关注不会增加接受直接LGN输入的皮层神经元的整体放电频率的发现表明，所测量的皮层通信的改变不太可能是由于目标神经元之间的广义的去极化而引起的。为了确定突触前调节的结构基础超出了本研究的范围，但是一个可能的候选者是乙酰胆碱的差异调节。乙酰胆碱在V1中引起注意效应（参考文献29），并且特定类别的胆碱能受体定位于支配皮质层4C神经元30的LGN轴突的突触前末端30。因此，这些胆碱能突触可以提供注意力的选择性改变突触权重的途径。
       前馈皮质下 - 皮质和皮质 - 皮质连接通常必须以高速度和精确度传递信息，但是这些连接上的无线电线路限制可能会导致不可靠的信息。在这里我们表明，注意力改变突触通信动态和高度选择性的方式，可能是唯一适应信号传输感觉皮层。具体而言，注意力选择性地增强了输入显着的感官信息，同时抑制输入潜在的冗余信息。这些研究结果表明，注意力可以代表一个关键的机制，解决了解剖布线的局限性，以优化神经通路之间的沟通，从而允许大多数行为相关的信息影响知觉和表现。

      方法摘要

      本研究使用两只成年雌性猕猴（Macacca mulatta）。作为本研究的一部分进行的所有程序均符合国立卫生研究院制定的指导方针，并经加州大学戴维斯分校机构动物护理和使用委员会批准。在全面麻醉的情况下，在LGN和V1上动物头部和气瓶围绕两次开颅手术植入。动物们学习了一个对比度变化的检测任务，要求在视觉空间注意力方面进行变换。将刺激电极半长期植入LGN内，并将记录电极置于视网膜视网膜V1区。与LGN输入单神经连接的V1神经元在电刺激LGN神经元后，通过短的固定潜伏期动作电位被识别。在试验中，将V1中的（突触后）丘脑皮质受体（TCR）神经元对视觉刺激的反应与在记录的神经元的感受野内放置的漂浮的正弦光栅的注意力相比较。在一定比例的注意试验中将电击向LGN递送，并且在注意条件下比较TCR神经元中引起尖峰的电击的可能性。 TCR神经元的单元记录是用单电极和五通道多电极阵列进行的。使用主成分分析离线分选峰值。随后的数据分析包括调整反应的计算，以便将TCR神经元分类为接收大细胞或细胞LGN输入，计算注意指数值，确定震荡引起的刺激概率，以及计算所有人的洗牌校正交叉相关图同时记录的TCR神经元对。
       完整的方法和任何相关的参考资料可在网上的论文版本中找到。

       方法

      本研究使用两只成年雌性猕猴（Macacca mulatta）。作为本研究的一部分进行的所有程序均符合NIH制定的指导方针，并经加州大学戴维斯分校的机构动物护理和使用委员会批准。手术准备。之前已经详细描述了所有手术过程[31,32]。在完全手术麻醉下，进行了两次开颅手术，以便记录进入LGN和V1的旁中心凹运动区域。两个记录圆柱体围绕开颅术放置并植入骨水泥中。头部支架也连接到颅内植入物。从手术恢复后，用无菌生理盐水加providone-iodine（Butler Schein）或洗必泰每周至少三次冲洗圆筒。每周进行5-氟尿嘧啶治疗和偶尔的硬脑膜刮治，以保持电极穿透的容易性，以保持薄而健康的硬脑膜。

       视觉刺激。使用VSG / 5系统（Cam-bridge Research Systems）产生视觉刺激。在伽马校准的索尼监视器上放置刺激物，放置在动物眼睛前方700毫米处。监视器的刷新率为140Hz，平均亮度为38cd m22。监视器是装有动物的房间里唯一的照明源。所有的刺激都是在双目观看条件下预先设定的。
       行为训练。训练动物以使用标准操作条件进行果汁奖励的固定和对比度变化检测任务。用红外视频眼动仪（Applied Science Laboratories）以240Hz的刷新率监测眼睛的位置。如果在任务试验期间动物的眼球位置偏离了0.35u以上，那么试验就会中止。固定任务要求动物保持中心固定在一个点上，而漂移的光栅放置在记录的神经元的感受野内，以测量神经视觉生理学。对于固定任务，试验进行了至少1s的时间间隔，在此期间监护仪的平均亮度为灰色，允许动物自由移动眼睛。
       注意任务。训练动物以检测两个光栅之一的对比度变化，并使用操纵杆报告变化。在整个审判期间，包括回答窗口在内都保持不变。指示动物参加呈现在（参加状态）内的漂移的正弦曲线光栅，或者在记录的神经元的接受场（外观条件下）呈现相同的光栅（图1a）。这两个光栅是相同的，并设置为记录的神经元的方向和空间频率偏好，并且总是与中心固定点等距离放置。注意试验是在每个注意条件的10次试验中进行的（注视或注视），中心注视点的颜色为动物提供了一个提示，指出注意的地方。试验进展如下。试验间隔至少1000毫秒，在此期间，监护仪的亮度保持在背景水平（平均亮度灰度），并允许动物自由移动眼睛，然后猴子可以启动一个新的试验将操纵杆从中心位置移动到侧面位置（中心的左侧或右侧）。在整个试验期间，动物被要求将操纵杆保持在侧位直到答案时期;过早的操纵杆运动导致试验中止。操纵杆初始移动到一边后，显示出一个中央固定点，动物指向他们的目光。在中央固定开始后的500毫秒，监视器上出现两个光栅，一个在记录的神经元的感受野内，一个在感受野外。这两个光栅的显示时间可变，介于1,200和2,500毫秒之间，根据危险函数按试验确定，平均值为1,700毫秒。在由危险函数确定的漂移光栅的视觉刺激期之后，两个光栅中的一个对比度增加了10％。在500毫秒的应答窗口中，两个光栅都保留在显示器上，动物通过将操纵杆移动到原来的中心位置来发信号通知对比度变化。只有在正确的操纵杆运动的指示下，正确检测到对比度变化，同时在整个回答期间保持中央注视凝视，才能得到果汁奖励。训练的动物通常以70％或更高的成功率执行，折扣中止试验。当动物在试验的任何部分中移动了0.35u以上或者在对比度变化之前做出摇杆动作时，试验被中止。我们发现，在注意条件下，流产的试验比例没有显着差异.

     （如上所述）。第二步涉及记录神经元的视觉生理学特征。这是通过在动物执行固定任务时呈现漂移的正弦光栅来完成的，所述漂移的正弦光栅在接受场的中心内在方向，对比度，空间频率或大小方面变化。每个试验提供1到2s的光栅，试验重复至少两次。为了产生定向（0至360u），对比度（0至100％），空间频率（每度0.2至4个周期）和大小（0.2至10u）的响应函数，单个参数在10-到15步增量，而所有其他参数保持不变。一旦确定最佳的刺激参数，每次试验提供最佳的培养时间为2s，以确定传递电刺激（见上文）的精确时间（对周期性刺激的峰值响应时间）。最后，在动物执行注意力任务时记录神经元。振荡频率为4 Hz，具有最佳的定位，空间频率，大约是感受野大小的二至四倍，以适应眼位小变化（小于0.35u）。对于假定的细胞 - 受体神经元，光栅对比度是70％，对于假定的大细胞 - 受体神经元，光栅对比度在10和25％之间。对于使用多电极阵列同时记录多个神经元的记录会话，设置光栅参数以尽可能最佳地刺激细胞的最大数量，并且设定光栅尺寸以覆盖所有记录的神经元的感受野（从未大于2u，因为感受野位置总是重叠很大）。如果同时记录假定的大细胞和小细胞受体神经元，则光栅对比度被设定为约40至50％的中间值。对于关注任务的对比度变化检测部分，对比度始终增加起始对比度的10％。
      数据分析。所有记录的峰值使用主成分分析（Spike2软件标准算法）进行离线分类。记录是从V1.1的161个神经元中产生的，其中61个神经元被认定为TCR神经元，基于在碰撞测试中的响应。在这61个TCR神经元中，22个用单电极记录（15只来自猴B，7只来自猴O），39个用多电极阵列记录（30只来自猴B，9只来自猴O）。在注意任务期间，基于休克诱发的反应，29个另外的神经元在多电极记录中被分类为推定的TCR神经元（21只来自猴B，8只来自猴O）。对于这些神经元，冲击诱发的突触后反应在碰撞测试中不一致，因为冲击电流被设置为适应在相同记录时段中不同的，识别的相邻TCR的活动。然而，在注意任务期间，休克系统地引起与单突触反应相一致的固定潜伏期的突触后尖峰。由于TCR神经元和假定的TCR神经元在相同或相同条件下同步诱发峰值的百分比没有显着差异（P> 0.2），所以这两组神经元都被纳入随后的同步分析相互关注刺激注意条件（见下文）。所有记录的TCR神经元的接受场位于左下视野半球中的中心凹下的偏心率。在两只猴子中记录的神经元的生理响应性质或注意调节没有差异，因此来自两个猴子的神经生理学数据被组合用于所有分析。
      TCR神经元被指定为巨细胞或小细胞受体神经元的C50值（对比度引起一半的最大反应）从指数拟合测量其对比度响应函数。细胞受体神经元（n = 36）被归类为C50值小于30％的神经元，而细胞受体神经元（n = 25）被归类为C50值大于30％。根据第一个傅立叶系数（f1）与平均值（f0）的比值，所有的神经元被归类为简单或复杂的细胞，其中简单细胞有f1：f0.1，复杂细胞有f1：f0,1 33）。平均f1：f0比率为：大细胞 - 受体神经元，0.4 6 0.04;小细胞受体神经元，1.2 6 0.06（P，0.001）。随后对视觉生理学表征和注意力指数计算的发放率的分析在每个神经元的f1（简单细胞）或平均（复合细胞）反应上进行。方位调谐带宽通过计算高斯拟合到各个方位调谐曲线的半高峰处的半峰宽来确定。

       在注意任务期间，在试验间隔期间以及在光栅出现之前的固定期间测量击发率。在大细胞和小细胞受体神经元之间或在这些发射率测量的注意条件之间没有显着差异（P = 0.7）。在注意试验期间的对比度变化之前，还在视觉刺激呈现期间测量了射击速率。在此期间，与接受细胞的小神经元相比，接受细胞的受体神经元具有显着较高的放电频率（P <0.05;平均每秒5 246 619个峰值）（平均每秒5 185 6 23个峰值），但是在此期间评估放电率对于大细胞和小细胞受体神经元在参加和退出条件之间没有差异（P <0.75）。
       对于所有涉及检测休克诱发峰值百分比变化的分析，根据每个TCR神经元的特定和固定突触后峰潜伏期是否发生峰值对试验进行分类。休克诱发的突触后峰值确定使用一个2毫秒窗口排列的神经元正在研究的尖峰潜伏期。确定每个TCR神经元在每个注意条件下引起突触后峰值的电击的比例。我们还计算了每个关注条件下相同潜伏期出现峰值的非休克试验比例，以便比较有无电刺激潜伏期窗口内峰值数量（补充图1b）。正如预期的那样，休克引发的突触后反应潜伏期明显高于非休克试验期间出现在同一时间窗内的突触数量（P <0.01）。然而，在非休克和休克试验之间的突触后反应潜伏期出现尖峰数量没有差异。
       对于每个TCR神经元，计算注意指数值作为在规定的视觉刺激持续时间内的总和（相对于参加1次参加）的平均峰值活动的总和（总是朝着附近远离）并且总是在最早的机会之前用于注意试验的对比变化。重要的是，注意力指数值计算总是包括对应于冲击和冲击诱发的突触后反应（在所有试验中发生在1,000和1,200ms之间）的时间窗口。我们计算了长时间和短时间视觉刺激下的注意力指数值：光栅刺激开始后的0到1,200 ms，600到1,200 ms，850到1,200 ms和1,000到1,200 ms。当我们根据长时间（光栅呈现后0到1,200 ms和600到1,200 ms）的发射率计算注意指数值时，我们没有观察到注意指数在注意条件下的变化（补充图1c）。当我们计算短时间（850至1,200毫秒和1,000至1,200毫秒）的注意力指数时，我们观察到只有大细胞受体神经元的注意力指数的非常小的变化。我们比较短时间内的注意力指数值和加强效能值，并注意到注意力的整体变化与注意力的变化之间没有关系（补充图1d）。

       为了检查注意力对我们记录的TCR神经元样本中thalamo-cortical通信的时间精度的影响，我们调整了每个TCR在个体震荡之前和之后正在进行的峰值响应，使得时间5 0对应于TCR预期神经元产生休克诱发的突触后反应（由休克诱发的突触后延迟确定）。这允许在具有不同的前馈峰值潜伏期的大细胞和小细胞受体神经元之间平均加标活动（或差分加标活动：参与试验中的活动减去随机试验中的活动）。为了评估注意条件下突触后尖峰定时的抖动，我们还为每个注意条件分别绘制了震荡周围的时间过程（补充图2a）。为了证明大细胞和小细胞受体神经元的差异性扣球活性，我们报告了两次冲击前平均扣球活动的标准偏差。在所有情况下，误差范围都被报告为平均值的标准误差。我们还将大细胞和小细胞受体神经元分成两个亚群，其基础是在突触后棘突（15个大细胞 - 受体和10个小细胞 - 受体神经元显示负向淹没）之前存在负峰落。当在-2或-1ms时间点（相对于休克诱发单突触峰值的时间）的差异性刺突计数值小于标准偏差的两倍时，TCR神经元被分类为“倾角”神经元意味着震惊之前的活动。刺激潜伏期和神经元是否表现出下降没有关系（P = 0.75）。而且，在倾角神经元的样本中，存在一系列的峰值潜伏期，包括潜伏期比潜伏期更长，表明潜伏期并非系统性地是由于休克引起的刺激伪影的结果，这掩盖了我们检测峰值的能力。补充图2a，b说明dip和no-dip TCR亚群（magnocellular-and parvocellular-recipient groups分别绘制在补充图2b中）附近的突触后尖峰周围的尖峰活动。我们将高斯方程拟合到倾角和非倾角总体平均曲线的正峰值（对应于震动诱发的突触后尖峰），以计算每个拟合的半高值处的宽度。
      在18次会议中（猴B 13次，猴O次5次），我们使用具有可独立移动的微电极的5通道多电极阵列（托马斯记录小型矩阵系统），并记录来自39个TCR神经元和29个假定的TCR神经元往上看）。在18次会议中的3次中，我们从单个TCR神经元记录。会议配对录音如下：3对1对，1对2对，2对3对，1对4对，1对5对，2对6对，3对7对， 9次共2次（共15次，共计5 71次，平均每次记录3.3次）。在71对中共有25对共同输入（即交叉相关图中包含一个中心在时间5 0的窄峰）和46接受独立的输入。我们检查了所有50个可能的共同输入配对（在两个方向），并使用45个配对分析注意调制的相关输入对接受共同突触前输入（5配对排除缺乏足够的尖峰和/或噪音相关图） 。为了确定是否有严重的记录会话没有系统地偏倚结果，我们比较了记录会话中相关峰值的注意调节与2个以上的配对，并发现注意调节相关峰值在会话中没有差异（P <0.05 ）。我们共记录了48个大细胞 - 大细胞对（共21个受体，共27个独立输入）。总共11个细胞 - 小细胞对（2个接收共同输入，9个接收独立输入）;共12个大细胞 - 小细胞对（2个接受共同输入，10个接受独立输入）。
       我们计算了震荡在两个TCR神经元之间在注意条件下产生同步尖峰的概率。重要的是，我们确定同步峰值的标准是严格的。具有同步峰值的试验是每个TCR神经元在其鉴定的突触后突触潜伏期（n = 5 71对）处发生休克诱发的突触后峰值的那些试验。
       使用互相关分析来确定TCR神经元对是否接收来自独立（即单独的）LGN轴突的输入或来自具有推测的解剖发散的共同LGN轴突的输入。对于71个TCR配对中的每一个，使用来自视觉刺激的600-1200毫秒周期的峰值数据，在逐试验基础上计算交叉相关性。通过将神经元A的峰值与一个刺激周期（250毫秒）相比，神经元B的刺激与神经元B的刺激相比较，也可以计算每个配对的混杂交叉相关。对于每个试验，从原始相关图中减去混洗的相关图。通过采用特定于试验的随机校正，我们消除了来自神经元放电速率的缓慢共变的峰值相关性34和来自常见视觉刺激（刺激相关性相关性）的共激活。按照每个注意条件的总峰值的平均百分比报告洗牌减去的相关图。
       在71对同时记录的TCR神经元中，25对（17只来自猴B，8只来自猴O）在它们的交叉对比图中显示出以时间0为中心的窄峰（3ms），表明该对接受共同的突触前输入，大概来自与两个神经元接触的分支的前馈轴突。除了巨细胞 - 巨细胞（n = 5 21）和细胞 - 细胞细胞对（n = 5 2）之外，我们也遇到混合的巨细胞 - 细胞 - 卵细胞对（n 52）接受共同的输入。在混合的巨细胞 - 细胞 - 受体对中的神经元在皮层深度（75mm以内）内彼此紧密接近，并倾向于显示类似的对比敏感性和/或方向选择性，表明这些混合对中的神经元都是位于层4Ca和层4c之间的层状边界附近。

       对于接收共同输入的TCR对的注意调制的分析，我们计算了在以时间5 0为中心的3个1ms宽度的每个注视条件下的洗牌校正的交叉相关图之间测量的峰面积的差异。每个注意条件下的交叉相关峰高对应于总峰值的大约3％（图4c），并且所有细胞中平均注意力介导的峰高降低为-0.36±0.2％，表明注意力引起10％减少由于来自共同突触前来源的不同输入引起的相关尖峰的减少。
      为了比较实际测量的同步激发诱发突触后峰值的百分比与预测百分比，我们比较了测量的同步尖峰发生率（如上所述）与每个单个神经元响应于电击后发射突触后尖峰的概率的乘积（例如，图2d）。然后，我们计算了在注意条件下共同输入TCR对和独立输入TCR对出现同步尖峰的差异（实际预测）。
      信噪比的整体注意调制的近似计算如下：（百分比信号的变化）/（噪声百分比的变化），其转化为（1 1震动引起的同步尖峰的平均百分比增加）/（1 - 在交叉相关图峰值中同步峰值的平均百分比降低）。在记录的TCR对的群体中，震动诱发的同步峰值的平均百分比增加了5 8％，并且在交叉相关图峰值中同步峰值的平均百分比减少了5 10％（参见上文）。
       统计。对于所有的双样本比较，使用参数或非参数比较检验（分别为t检验或秩和检验），这取决于所检验样本的分布正态性。为了测试分布正态性，使用单样本Kolmogorov-Smirnov测试。为了检验任何给定的数据分布是否与等效的正态分布不同，将样本分布与标准差相同的正态分布与样本进行比较。因此，Kolmogorov-Smirnov检验将样本分布与由与样本相同范围和方差参数定义的拟议连续分布进行比较。