2月9日，《神經(jīng)元》期刊在線(xiàn)發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院神經(jīng)科學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、神經(jīng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜久林研究組題為《左側(cè)韁核通過(guò)一條非對(duì)稱(chēng)性視覺(jué)通路介導(dǎo)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(duì)于動(dòng)物生存至關(guān)重要。該研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和隆凸丘腦組成的非對(duì)稱(chēng)性視覺(jué)通路，左邊背側(cè)韁核介導(dǎo)了斑馬魚(yú)的光偏好行為。該工作揭示了韁核介導(dǎo)光偏好行為的新功能，并首次在脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了光偏好行為的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。
韁核是脊椎動(dòng)物中高度保守的核團(tuán)。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(tǒng)和基底神經(jīng)節(jié)的輸入，韁核控制焦慮、恐懼、獎(jiǎng)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(duì)于韁核這些感覺(jué)輸入的具體神經(jīng)環(huán)路及其相應(yīng)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(cè)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(cè)韁核，而非右邊韁核，則嚴(yán)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(cè)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(dǎo)出偏好性。表明韁核對(duì)于光偏好行為是充分必要的。其次，通過(guò)對(duì)韁核神經(jīng)元進(jìn)行在體鈣成像和電生理記錄，發(fā)現(xiàn)具有視覺(jué)反應(yīng)的神經(jīng)元更多的分布在左邊背側(cè)韁核，同時(shí)這些神經(jīng)元的持續(xù)性視覺(jué)反應(yīng)和神經(jīng)活動(dòng)強(qiáng)度可以分別編碼環(huán)境背景光給予的時(shí)長(zhǎng)和強(qiáng)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(zhǎng)和強(qiáng)弱從而介導(dǎo)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(jié)合形態(tài)追蹤和功能實(shí)驗(yàn)等手段，發(fā)現(xiàn)左邊背側(cè)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(jié)細(xì)胞通過(guò)其第四投射腦區(qū)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(jié)細(xì)胞-隆凸丘腦-左邊背側(cè)韁核通路介紹了光偏好行為。最后，他們?cè)敿?xì)檢測(cè)了這條神經(jīng)通路的投射特征，發(fā)現(xiàn)：涉及的大部分視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞是ON-型細(xì)胞；隆凸丘腦神經(jīng)元接受來(lái)自對(duì)側(cè)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的投射，并表現(xiàn)出持續(xù)性且左右對(duì)稱(chēng)的視覺(jué)反應(yīng)；而兩側(cè)隆凸丘腦皆更多地投射到左邊背側(cè)韁核，使得左邊背側(cè)韁核神經(jīng)元具有更強(qiáng)的視覺(jué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致了該神經(jīng)通路的左右不對(duì)稱(chēng)性。該工作將韁核的功能擴(kuò)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(tuán)。
這項(xiàng)工作是在杜久林指導(dǎo)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(guó)立遺傳所教授川上浩一的技術(shù)支持。該工作受到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（XDB02040000）、國(guó)家杰出青年基金（31325011）、國(guó)家萬(wàn)人計(jì)劃、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人（14XD1404100）和楊帆（14YF1406600）等項(xiàng)目的支持。
圖注：（左邊）靈感來(lái)源于中國(guó)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)圍著明亮的月影嬉戲。（右邊)光偏好行為的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制模式圖。第四分枝區(qū)域投射的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞-隆凸丘腦-左邊背側(cè)韁核通路的模型：一群具有持續(xù)性視覺(jué)反應(yīng)的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞投射到對(duì)側(cè)的隆凸丘腦，將環(huán)境背景光信息傳遞到隆凸丘腦；雙側(cè)隆凸丘腦皆偏向性地投射到左邊背側(cè)韁核，從而將環(huán)境背景光信息傳遞到左邊背側(cè)韁核，介導(dǎo)光偏好行為的產(chǎn)生。上海生科院發(fā)現(xiàn)控制光偏好行為的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制 |
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