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初級(jí)視覺(jué)皮層功能結(jié)構(gòu)研究獲進(jìn)展

2019-01-28 來(lái)源:中國(guó)眼科醫(yī)生  標(biāo)簽: 掌上醫(yī)生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護(hù)膚
摘要:大腦皮層是由負(fù)責(zé)不同功能的很多區(qū)域所組成的。即使在單個(gè)區(qū)域內(nèi),神經(jīng)元的功能也常常根據(jù)其在皮層上的位置展現(xiàn)出精密的組織規(guī)律。

近日,中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、神經(jīng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蒲慕明研究組在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》雜志在線發(fā)表了題為《初級(jí)視覺(jué)皮層中內(nèi)部連接及反饋連接的功能結(jié)構(gòu)》的研究文章。這項(xiàng)工作建立了一套旨在研究腦區(qū)間連接的雙色鈣成像方法,并利用這種方法對(duì)樹(shù)鼩中投射至初級(jí)視覺(jué)皮層(V1)的兩條輸入通路的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探討。

大腦皮層是由負(fù)責(zé)不同功能的很多區(qū)域所組成的。即使在單個(gè)區(qū)域內(nèi),神經(jīng)元的功能也常常根據(jù)其在皮層上的位置展現(xiàn)出精密的組織規(guī)律。例如,在高等動(dòng)物的V1中,對(duì)不同視覺(jué)朝向起反應(yīng)的神經(jīng)元并非無(wú)序地混雜在一起,而是以一種風(fēng)車狀(pinwheel-like)結(jié)構(gòu)分布在皮層上。既然神經(jīng)元的反應(yīng)特性是由它們所接受的上一級(jí)輸入所決定的,那么V1風(fēng)車狀功能結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是由什么樣的輸入通路導(dǎo)致的?這些輸入通路是否具有風(fēng)車狀的功能結(jié)構(gòu)?這些疑問(wèn)是困擾了視覺(jué)皮層研究者們多年的難題。

為了解決這個(gè)問(wèn)題,蒲慕明研究組首先建立了一套基于突觸前定位的鈣指示蛋白的雙色鈣成像方法。研究者們將鈣指示蛋白連接到囊泡蛋白上,成功實(shí)現(xiàn)了鈣指示蛋白的突觸前定位,并進(jìn)一步構(gòu)造了多種具有不同顏色和反應(yīng)特性的版本。這樣,研究者們就可以將具有不同顏色的鈣指示蛋白表達(dá)到不同的輸入通路上,并通過(guò)雙色鈣成像同時(shí)測(cè)量這些不同通路的反應(yīng)特性,進(jìn)而比較它們的功能結(jié)構(gòu)。

使用這種策略,研究者們發(fā)現(xiàn)在投射至V1的輸入通路中,來(lái)自V1本身的內(nèi)部連接(intrinsicconnection)和來(lái)自次級(jí)視覺(jué)皮層(V2)的反饋連接(feedbackconnection)都存在著風(fēng)車狀的功能結(jié)構(gòu)。通過(guò)和V1神經(jīng)元本身的功能結(jié)構(gòu)的比較,研究者們發(fā)現(xiàn)V1內(nèi)部連接的結(jié)構(gòu)與之有著精準(zhǔn)的對(duì)齊,而V2至V1的反饋連接則相對(duì)較為散亂。這意味著V1的不同輸入通路在其功能結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)程中存在著不同的作用。

除了揭示了投射至初級(jí)視覺(jué)皮層的輸入通路的功能結(jié)構(gòu)之外,這項(xiàng)工作所建立的雙色鈣成像技術(shù)有望應(yīng)用于多種研究體系,成為研究腦區(qū)之間連接的功能結(jié)構(gòu)的一種通用手段,為神經(jīng)科學(xué)的研究者們提供一種新的工具。

這項(xiàng)工作由張清芳、李昊作為共同第一作者,在副研究員溫云卿和研究員蒲慕明的指導(dǎo)下完成。課題受中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)“腦功能聯(lián)結(jié)圖譜計(jì)劃”、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃、中科院國(guó)際伙伴計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部“973”項(xiàng)目等資助,在神經(jīng)所獨(dú)立完成。

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