2022年8月12日

研究揭示了光促进哺乳动物早期大脑发育的神经机制

感官输入，包括来自环境的视觉、听觉和体感输入，在婴儿大脑发育中起着至关重要的作用。视觉(光)是哺乳动物最重要的感知能力，已被证实在大脑的多个区域促进突触的形成，这是大脑发育的标志之一。然而，调节这一现象的神经机制以及对认知和学习能力的终身影响仍不清楚。

中国科学院中国科学技术大学生命科学与医学系薛田教授和鲍进教授领导的研究团队确定了光促进哺乳动物早期大脑发育的神经机制和终身影响。研究结果发表在细胞．

视觉知觉从视网膜开始。哺乳动物视网膜中主要有三种类型的光感受器:视杆细胞、视锥细胞和固有光敏视网膜神经节细胞(ipRGCs)。与介导视觉图像编码的经典成像视觉感光杆和视锥细胞不同，ipRGCs是由特定的细胞激活的蓝色的光通过基因Opn4编码的视蛋白黑视素，主要介导非成像视觉功能(NIV)，如昼夜节律时钟的光夹带、瞳孔光反射和情绪调节。在发育方面，ipRGCs对光的反应比杆状细胞和锥状细胞要早得多，并介导哺乳动物最早的光感知，这表明ipRGCs可能在光促进大脑发育中发挥作用。

在这项研究中，研究人员首先发现，与对照组的幼崽相比(Opn4^+/+)，缺乏ipRGCs光敏性的新生小鼠(Opn4^-/-)的小兴奋性突触后电流(mEPSCs)频率降低，多个感觉皮层和海马锥体神经元的树突棘数量减少，而在另一个从小在黑暗中长大的实验组中观察到突触发生的缺陷。此外，通过在Opn4的iprgc中重新表达黑视素^-/-新生小鼠皮质和海马区突触形成明显增强。这一结果表明，光感觉通过ipRGCs在早期介导新生小鼠光促脑突触的发生大脑发展。

通过质谱分析，研究人员进一步确定了神经肽催产素是iprgc介导的光促进皮质和海马突触发生的信号分子。他们证实了ipRGCs投射到视上核(SON)，并显示视网膜神经节细胞与幼鼠视上核(SON)和室旁核(PVN)的催产素神经元连接。这种投射导致由ipRGCs介导的光感觉激活了SON和PVN中的催产素神经元，增加了脑脊液中催产素的浓度，从而促进了突触的形成。