中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部薛天教授、鮑進(jìn)特任研究員團(tuán)隊(duì)在探索光感知促進(jìn)腦發(fā)育的神經(jīng)機(jī)制方面取得突破性進(jìn)展。8月8日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《細(xì)胞》。

哺乳動(dòng)物的視覺感知起始于視網(wǎng)膜。哺乳動(dòng)物視網(wǎng)膜中主要存在三類感光細(xì)胞：視桿細(xì)胞、視錐細(xì)胞和視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞。不同于介導(dǎo)視覺圖像編碼的經(jīng)典成像視覺感光細(xì)胞(視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞)，視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細(xì)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(lán)光波段的光，并主要介導(dǎo)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(xì)胞是最早具有感光功能的視網(wǎng)膜感光細(xì)胞，這暗示它可能是介導(dǎo)光促進(jìn)幼年大腦發(fā)育最關(guān)鍵的感光細(xì)胞。

研究人員通過敲除編碼視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細(xì)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(xì)胞感光能力的新生鼠在出生后發(fā)育早期，其多個(gè)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(xué)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(shí)驗(yàn)中，對照組與缺失該細(xì)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(xì)胞是介導(dǎo)小鼠早期光感受促進(jìn)腦高級(jí)認(rèn)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(jìn)腦突觸發(fā)育對成年后高級(jí)腦認(rèn)知能力的影響，研究人員通過訓(xùn)練小鼠學(xué)習(xí)不同頻率的聲音刺激與獎(jiǎng)勵(lì)/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(xì)胞光感受的缺失，會(huì)導(dǎo)致小鼠成年后的學(xué)習(xí)速度顯著下降，而這種成年后學(xué)習(xí)能力的缺陷可以被幼年時(shí)人為激活視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細(xì)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(jìn)大腦高級(jí)認(rèn)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(jī)制，并揭示了發(fā)育早期光感知對成年腦高級(jí)認(rèn)知能力的影響，提示公共衛(wèi)生研究應(yīng)關(guān)注新生兒日常的光環(huán)境，進(jìn)一步探索光環(huán)境對新生兒大腦發(fā)育的影響。(見習(xí)記者王敏)

關(guān)鍵詞： 光感知促進(jìn)腦發(fā)育的神經(jīng)機(jī)制 視網(wǎng)膜感光細(xì)胞 視覺感知 幼年大腦發(fā)育