Mammalian brain constantly perceive multiple sensory information simultaneously and integrate them into one percept to make optimal behavior outputs. Depending on the congruency and salience of the modality-specific information, enhancement in perception or sensory dominance could appear as a result of multisensory integration. However, we still do not fully understand the underlying neural circuit mechanism. To identify this, we established two types of perceptual behavior paradigms under a simple go/no-go regime: visual-auditory modality discrimination task and visual-auditory information discrimination task. Using these paradigms, we found that the audition dominates the vision during audiovisual conflicts. Co-activation of visual (VC) and auditory (AC) cortices can induce the auditory dominance by suppressing visual-responsive neurons in the PPC, implying that interaction between the inputs from VC and AC in the PPC is important for mediating the auditory dominance. We further identified that among the sub-areas within the PPC, central PPC area (VISa; anterior visual area) receives similar amount of visual and auditory inputs, and its PV$^+$ interneurons mainly receive auditory inputs. Pharmacological inactivation of the PPC or optogenetic inactivation of its PV$^+$ interneurons weakened the auditory dominance by abolishing the auditory-to-visual feedforward inhibition via PV$^+$ interneurons in the PPC. On the contrary, optogenetic activation of PV$^+$ neurons in the PPC enhanced the auditory dominance. These data indicate that activation of PV$^+$ neurons in the PPC is necessary and sufficient for generating auditory dominant perceptual behaviors in mice resolving audiovisual conflicts. We further found that PPC activity is also necessary for integrating the congruent cross-modal information and enhancing the behavioral performance, but PV$^+$ neurons in the PPC were not responsible for the enhancement.We next observed the behavioral changes during the integration of multi-modal information using a mouse model of autism, which is a psychiatric disorder having problems in sensory processing. The mutant mice showed the weakening of auditory dominance and multisensory enhancement in the multisensory trials as shown in the mice with the PPC inactivation. We further identified that these mice showed the severe disruptions in the cortical inputs to the PPC, especially from the frontal and the auditory cortices. Collectively, our data demonstrate that a local circuit in the PPC is critical for the auditory dominance over vision in mice resolving cross-modal conflicts. Furthermore, we identified that this circuit is disrupted in the mouse model of autism.
포유동물의 두뇌는 지속적으로 여러 감각 정보를 동시에 받아들여 하나의 인지된 정보로 통합함으로써, 최적의 행동을 할 수 있도록 한다. 이러한 감각통합과정을 통해, 감각 정보의 일치 정도와 그 세기에 따라 인지 향상 또는 감각 우세와 같은 현상이 나타날 수 있다. 그러나, 아직 해당 현상에 대한 신경학적 메커니즘에 대한 연구는 미흡하다. 이를 규명하기 위해서, 우리는 생쥐의 고/노고 행동에 기반한 감각 구별 패러다임을 이용하여 두가지 지각 행동 실험을 진행하였다 (시-청각 양식 구별 과제와 시-청각 정보 구별 과제). 이를 통해, 우리는 청각 정보가 시각 정보에 우세하여 생쥐의 의사 결정을 유도함을 밝혔다. 이러한 청각우세현상은 시각과 청각 피질을 동시에 자극했을 경우에도 동일하게 나타났으며, 이는 후두정피질내 시각 정보에 반응하는 뉴런이 억제됨으로써 나타남을 밝혔다. 즉, 후두정피질로 들어오는 시각과 청각 정보간의 상호작용이 청각우세현상을 일으키는데 중요함을 알 수 있었다. 우리는 추가적으로 후두정피질을 이루는 여러 세부 영역들 중, 중간 후두정피질이 시각과 청각 정보를 비슷한 양으로 받아들이고 있으며, 이 영역의 파브알부민 뉴런은 청각 정보를 더욱 강하게 받아들이고 있음을 보였다. 중간 후두정피질을 약물학적으로 억제하거나 해당 영역 내 파브알부민 뉴런을 광유전학적으로 억제했을 때 청각우세현상은 약화되었고, 이는 파브알부민 억제성 뉴런에 의한 청각에서 시각으로의 앞먹임 억제가 줄어듦으로 인해 나타남을 밝혔다. 그에 반해, 파브알부민 억제성 뉴런을 광유학적으로 활성화 시킬 경우 청각우세현상이 증가하는 것을 확인함으로써, 중간 후두정피질 내 파브알부민의 활성이 시-청각 충돌과정에서 일어나는 청각우세현상을 유도하는데 필요충분함을 알 수 있었다. 일치된 다중감각정보를 처리하는 경우에도 마찬가지로 중간 후두정피질의 활성이 필요했으나, 파브알부민 뉴런이 이를 매개하지는 않았다. 다음으로, 감각정보처리에 문제를 보인다고 알려진 자폐증 모델 생쥐에서 동일한 행동 패러다임으로 다중감각정보를 처리하는 능력이 변화하였는지 여부를 확인하였다. 그 결과, 중간 후두정피질의 활성을 억제했을 때와 비슷하게 자폐증 모델 생쥐는 청각우세현상과 다중감각증감 모두가 약화된 행동을 보였다. 이와 함께 자폐증 모델 생쥐의 후두정피질로 향하는 다른 피질 영역들로부터의 유입량이 약화되어 있음을 확인하였고, 이러한 약화는 특히 전두피질과 청각피질 영역으로부터의 유입량에서 나타났다. 본 연구를 통하여 우리는 다중감각충돌과정에서 나타나는 청각우세현상에 대한 후두정피질영역에서의 신경학적 회로망을 최초로 규명하였으며, 더 나아가 자폐증 모델 생쥐에서 이러한 회로망의 기능이 제대로 유지되지 못함을 확인하였다.
