發(fā)布時(shí)間：2017-02-10
2017年2月9日，《神經(jīng)元》期刊在線(xiàn)發(fā)表了中科院神經(jīng)科學(xué)研究所、中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越中心、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室杜久林研究組題為《左側韁核通過(guò)一條非對稱(chēng)性視覺(jué)通路介導斑馬魚(yú)光偏好行為》的研究論文，并配以"Video Abstract＂形式進(jìn)行重點(diǎn)推薦。光偏好行為是動(dòng)物界中普遍存在的一種本能行為，對于動(dòng)物生存至關(guān)重要。該研究發(fā)現，通過(guò)視網(wǎng)膜神經(jīng)節細胞和隆凸丘腦組成的非對稱(chēng)性視覺(jué)通路，左邊背側韁核介導了斑馬魚(yú)的光偏好行為。該工作揭示了韁核介導光偏好行為的新功能，并首次在脊椎動(dòng)物中發(fā)現了光偏好行為的神經(jīng)環(huán)路機制。
韁核是脊椎動(dòng)物中高度保守的核團。哺乳動(dòng)物研究表明，韁核是情緒控制的中心。通過(guò)主要接受來(lái)自邊緣系統和基底神經(jīng)節的輸入，韁核控制焦慮、恐懼、獎賞、抑郁等相關(guān)行為。同時(shí)，大量工作表明，韁核還接受各種感覺(jué)信息的輸入，但目前人們對于韁核這些感覺(jué)輸入的具體神經(jīng)環(huán)路及其相應功能仍不清楚。
為了探索韁核視覺(jué)輸入的神經(jīng)功能，研究人員首先檢測了韁核在光偏好行為中的作用。正常的斑馬魚(yú)幼魚(yú)具有明顯的光偏好行為，損傷或功能沉默左邊背側韁核，而非右邊韁核，則嚴重削弱這種行為。相反，通過(guò)光遺傳學(xué)手段激活左邊背側韁核，則可以在雙眼移除沒(méi)有光偏好的幼魚(yú)中重新誘導出偏好性。表明韁核對于光偏好行為是充分必要的。其次，通過(guò)對韁核神經(jīng)元進(jìn)行在體鈣成像和電生理記錄，發(fā)現具有視覺(jué)反應的神經(jīng)元更多的分布在左邊背側韁核，同時(shí)這些神經(jīng)元的持續性視覺(jué)反應和神經(jīng)活動(dòng)強度可以分別編碼環(huán)境背景光給予的時(shí)長(cháng)和強弱。通過(guò)這樣兩種編碼策略，韁核可以實(shí)時(shí)感受到背景光的時(shí)長(cháng)和強弱從而介導光偏好行為。進(jìn)一步地，為了了解視覺(jué)信息是如何傳遞到韁核，研究人員結合形態(tài)追蹤和功能實(shí)驗等手段，發(fā)現左邊背側韁核接受來(lái)自隆凸丘腦的興奮性單突觸連接，而隆凸丘腦又接受來(lái)自視網(wǎng)膜神經(jīng)節細胞通過(guò)其第四投射腦區的輸入。損傷或功能沉默隆凸丘腦可以減弱光偏好行為，說(shuō)明視網(wǎng)膜神經(jīng)節細胞-隆凸丘腦-左邊背側韁核通路介紹了光偏好行為。最后，他們詳細檢測了這條神經(jīng)通路的投射特征，發(fā)現：涉及的大部分視網(wǎng)膜神經(jīng)節細胞是ON-型細胞；隆凸丘腦神經(jīng)元接受來(lái)自對側視網(wǎng)膜神經(jīng)節細胞的投射，并表現出持續性且左右對稱(chēng)的視覺(jué)反應；而兩側隆凸丘腦皆更多的投射到左邊背側韁核，使得左邊背側韁核神經(jīng)元具有更強的視覺(jué)反應，從而導致了該神經(jīng)通路的左右不對稱(chēng)性。該工作將韁核的功能擴展到光偏好行為，并提示韁核有可能作為一個(gè)感覺(jué)信息和情緒信息在大腦中相互交流的中介核團。
這項工作是在杜久林研究員指導下，主要由博士研究生張白冰和姚園園合作完成，并得到博士后張賀飛和日本國立遺傳所川上浩一教授的技術(shù)支持。
圖注：（左邊）靈感來(lái)源于中國古詩(shī)中“荷塘月色”意境的一幅畫(huà)：在月夜的荷塘中，小魚(yú)圍著(zhù)明亮的月影嬉戲。（右邊)光偏好行為的神經(jīng)環(huán)路機制模式圖。第四分枝區域投射的視網(wǎng)膜神經(jīng)節細胞-隆凸丘腦-左邊背側韁核通路的模型：一群具有持續性視覺(jué)反應的視網(wǎng)膜神經(jīng)節細胞投射到對側的隆凸丘腦，將環(huán)境背景光信息傳遞到隆凸丘腦；雙側隆凸丘腦皆偏向性地投射到左邊背側韁核，從而將環(huán)境背景光信息傳遞到左邊背側韁核，介導光偏好行為的產(chǎn)生。
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