胎儿可能比你想象的能看到更多的光。

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怀孕后期,早在宝宝的眼睛能看到图像之前,他们就可以察觉到光线了。

但是,发育中的视网膜--眼球后部的薄片状大脑组织中的光敏感细胞被认为是简单的开关,大概是用来提醒宝宝遵循的24小时昼夜节律的。加州大学伯克利分校的科学家们发现,有证据表明,这些简单的细胞实际上是作为一个相互联系的网络的一部分而相互交谈的,这个网络赋予视网膜对光的敏感度更强,并且可能以未曾预料的方式增强光对行为和大脑发育的影响。

在发育中的眼睛里,也许有3%的神经节细胞--通过视神经向大脑发送信息的视网膜细胞--对光敏感。迄今为止,研究人员已经发现了大约6种不同的亚型,它们与大脑中的各个部位进行交流。有人谈论上眼睑上核,将我们的内部时钟调整到昼夜周期。其他人向该区域发送信号,使我们的学生在明亮的光线下收缩。

但是其它则连接到令人惊讶的区域:调节情绪的眼前束和处理情绪的杏仁核。

最近的证据表明,在小鼠和猴子中,这些神经节细胞也会通过间隙连接的电连接相互交谈,这意味着未成熟的啮齿动物和灵长类动物的眼睛比想象中的复杂得多。

"鉴于这些神经节细胞的多样性,以及它们投射到大脑的许多不同部位,这让我想知道它们是否在视网膜与大脑的连接方式中发挥作用,"加州大学克利分校分子和细胞生物学教授、本月发表在《当代生物学》杂志上的一篇论文的资深作者Marla Feller说。"也许不是用于视觉回路,而是非视觉行为。不仅是瞳孔光反射和昼夜节律,还可能解释光诱导的偏头痛等问题,或者为什么光疗法对抑郁症有效。"

视网膜发育中的并行系统

这种被称为内在光敏视网膜神经节细胞(ipRGCs)是在10年前才被发现的,这让像费勒这样研究视网膜发育近20年的人感到惊讶。她和她的导师、斯坦福大学的Carla Shatz,共同声明发育过程中眼睛的自发电活动-所谓的视网膜波-对于建立正确的大脑网络以稍后处理图像至关重要。

因此,她对ipRGCs的兴趣似乎与发育中的视网膜的自发性视网膜波平行运作。

我们认为它们(小鼠幼崽和人类胎儿)在发育的这一阶段是失明的。我们认为神经节细胞在发育中的眼睛中,它们与大脑相连,但它们与视网膜的其他部分并没有真正相连。现在,事实证明它们是相互连接的,这是一件令人惊讶的事情。"

Marla Feller,Paul Licht生物科学杰出教授,加州大学伯克利分校海伦-威尔斯神经科学研究所成员。

加州大学伯克利分校研究生Franklin Caval-Holme将双光子钙成像、全细胞电记录、药理学和解剖学技术结合起来,证明新生小鼠视网膜中的六种ipRGCs通过间隙连接,形成了一个视网膜网络,研究人员发现该网络不仅能检测到光,而且能对光的强度做出反应,该强度可以变化近10亿倍。

间隙连接电路对一些ipRGC子类型的光敏感度至关重要。但对其他子类型则不然,这为确定哪些ipRGC子类型为光引起的特定非视觉行为提供了信号。

Caval-Holme说:“幼仔很早就形成了对光的厌恶,它与强度有关,” 这表明这些神经回路可能参与了对光的厌恶行为。 “我们不知道新生儿视网膜中的哪些ipRGC亚型实际上是导致这种行为的原因,因此了解所有这些不同子类型起什么作用将是令人着迷的。”

Feller说,研究人员还发现证据表明,该电路以一种可以适应光线强度的方式进行自我调整,这可能在发育过程中具有重要作用。

"过去,人们证明了这些感光细胞对视网膜中血管的发育和昼夜节律的光夹带很重要,但这些都是一种光开/光关的反应,你需要一些光或不需要光,"她说。"这似乎论证了他们实际上是在试图为许多不同强度的光进行编码,编码的信息比人们之前认为的要多得多。"
资料来源:

加州大学伯克利分校

参考期刊:

Caval-Holme, F.,et al. (2019年) 间隙连接耦合塑造了正在发育的视网膜中光的编码。现代生物学.doi.org/10.1016/j.cub.2019.10.025.


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