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中科院上海生科院发现控制光偏好行为的神经环路机制

       2月9日,《神经元》期刊在线发表了中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室杜久林研究组题为《左侧缰核通过一条非对称性视觉通路介导斑马鱼光偏好行为》的研究论文,并配以“Video Abstract”形式进行重点推荐。光偏好行为是动物界中普遍存在的一种本能行为,对于动物生存至关重要。该研究发现,通过视网膜神经节细胞和隆凸丘脑组成的非对称性视觉通路,左边背侧缰核介导了斑马鱼的光偏好行为。该工作揭示了缰核介导光偏好行为的新功能,并首次在脊椎动物中发现了光偏好行为的神经环路机制。

  缰核是脊椎动物中高度保守的核团。哺乳动物研究表明,缰核是情绪控制的中心。通过主要接受来自边缘系统和基底神经节的输入,缰核控制焦虑、恐惧、奖赏、抑郁等相关行为。同时,大量工作表明,缰核还接受各种感觉信息的输入,但目前人们对于缰核这些感觉输入的具体神经环路及其相应功能仍不清楚。

  为了探索缰核视觉输入的神经功能,研究人员首先检测了缰核在光偏好行为中的作用。正常的斑马鱼幼鱼具有明显的光偏好行为,损伤或功能沉默左边背侧缰核,而非右边缰核,则严重削弱这种行为。相反,通过光遗传学手段激活左边背侧缰核,则可以在双眼移除没有光偏好的幼鱼中重新诱导出偏好性。表明缰核对于光偏好行为是充分必要的。其次,通过对缰核神经元进行在体钙成像和电生理记录,发现具有视觉反应的神经元更多的分布在左边背侧缰核,同时这些神经元的持续性视觉反应和神经活动强度可以分别编码环境背景光给予的时长和强弱。通过这样两种编码策略,缰核可以实时感受到背景光的时长和强弱从而介导光偏好行为。进一步地,为了了解视觉信息是如何传递到缰核,研究人员结合形态追踪和功能实验等手段,发现左边背侧缰核接受来自隆凸丘脑的兴奋性单突触连接,而隆凸丘脑又接受来自视网膜神经节细胞通过其第四投射脑区的输入。损伤或功能沉默隆凸丘脑可以减弱光偏好行为,说明视网膜神经节细胞-隆凸丘脑-左边背侧缰核通路介绍了光偏好行为。最后,他们详细检测了这条神经通路的投射特征,发现:涉及的大部分视网膜神经节细胞是ON-型细胞;隆凸丘脑神经元接受来自对侧视网膜神经节细胞的投射,并表现出持续性且左右对称的视觉反应;而两侧隆凸丘脑皆更多地投射到左边背侧缰核,使得左边背侧缰核神经元具有更强的视觉反应,从而导致了该神经通路的左右不对称性。该工作将缰核的功能扩展到光偏好行为,并提示缰核有可能作为一个感觉信息和情绪信息在大脑中相互交流的中介核团。

 

  图注:(左边)灵感来源于中国古诗中“荷塘月色”意境的一幅画:在月夜的荷塘中,小鱼围着明亮的月影嬉戏。(右边)光偏好行为的神经环路机制模式图。第四分枝区域投射的视网膜神经节细胞-隆凸丘脑-左边背侧缰核通路的模型:一群具有持续性视觉反应的视网膜神经节细胞投射到对侧的隆凸丘脑,将环境背景光信息传递到隆凸丘脑;双侧隆凸丘脑皆偏向性地投射到左边背侧缰核,从而将环境背景光信息传递到左边背侧缰核,介导光偏好行为的产生


来源:中国科学院

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