中國科學技術(shù)大學生命科學與醫(yī)學部薛天教授、鮑進特任研究員團隊在探索光感知促進腦發(fā)育的神經(jīng)機制方面取得突破性進展。8月8日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《細胞》。

哺乳動物的視覺感知起始于視網(wǎng)膜。哺乳動物視網(wǎng)膜中主要存在三類感光細胞：視桿細胞、視錐細胞和視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細胞。不同于介導視覺圖像編碼的經(jīng)典成像視覺感光細胞(視桿細胞和視錐細胞)，視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細胞通過其基因Opn4編碼的感光蛋白視黑素從而特異性感知藍光波段的光，并主要介導非成像視覺功能，如晝夜節(jié)律光調(diào)節(jié)、瞳孔光反射和光調(diào)控情緒等。

在發(fā)育過程中，視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細胞是最早具有感光功能的視網(wǎng)膜感光細胞，這暗示它可能是介導光促進幼年大腦發(fā)育最關(guān)鍵的感光細胞。

研究人員通過敲除編碼視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細胞感光蛋白的基因Opn4，發(fā)現(xiàn)缺失視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細胞感光能力的新生鼠在出生后發(fā)育早期，其多個感覺皮層和海馬椎體神經(jīng)元的自發(fā)微小興奮性突觸后電流頻率顯著降低，且形態(tài)學顯示椎體神經(jīng)元的樹突棘數(shù)量也顯著減少;而在出生后即完全避光暗飼養(yǎng)的實驗中，對照組與缺失該細胞感光能力的新生鼠皮層和海馬的突觸功能與數(shù)量沒有顯著差異。這一結(jié)果提示視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細胞是介導小鼠早期光感受促進腦高級認知區(qū)域突觸發(fā)生的充分且必要的條件。

為探究發(fā)育早期光促進腦突觸發(fā)育對成年后高級腦認知能力的影響，研究人員通過訓練小鼠學習不同頻率的聲音刺激與獎勵/懲罰的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)幼年期視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細胞光感受的缺失，會導致小鼠成年后的學習速度顯著下降，而這種成年后學習能力的缺陷可以被幼年時人為激活視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細胞或視上核的催產(chǎn)素神經(jīng)元所挽救。

該研究發(fā)現(xiàn)了發(fā)育早期視覺(光)感知促進大腦高級認知區(qū)域神經(jīng)元突觸協(xié)同發(fā)育的感光、神經(jīng)環(huán)路和分子機制，并揭示了發(fā)育早期光感知對成年腦高級認知能力的影響，提示公共衛(wèi)生研究應關(guān)注新生兒日常的光環(huán)境，進一步探索光環(huán)境對新生兒大腦發(fā)育的影響。(見習記者王敏)

關(guān)鍵詞： 光感知促進腦發(fā)育的神經(jīng)機制 視網(wǎng)膜感光細胞 視覺感知 幼年大腦發(fā)育