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我院史学锋博士Nature Neuroscience揭示眼球运动控制中枢方向选择性的神经机制

作 者:admin发布时间:2017-02-23 12:02:31

右一为史学锋博士
 
 
        我院斜视与小儿眼科史学锋博士于2017年2月14日(北京时间)在Nature Neuroscience(2015年影响因子16.72, 5年影响因子16.87)提前在线发表了题为《Retinal origin of direction selectivity in the superior colliculus》的论文,揭示了眼球运动控制中枢——上丘神经元对物体运动方向的感知功能的神经机制。
        斜视和弱视为常见病和多发病,其患病率分别为3%和2-4%,是一组与双眼视觉和眼球运动功能密切相关的疾病(赵堪兴《斜视弱视学》)。视觉发育可塑性机制、眼球运动控制机制的研究一直是斜视与小儿眼科研究的热点,当前的难点在于两者究竟如何相互作用以致影响相关疾病的发生发展和预后。作为一个与临床密切相关的神经生物学问题,其中最关键的一环是需要同时站在视觉感知和眼球运动两个立足点上认识大脑对运动感知的神经机制,建立起研究两者相互作用的切入点。史学锋博士课题组于2012年基于临床观察在世界上首先提出了弱视的视觉发育异常可能是由于异常视觉经验导致的注视性眼球运动控制缺陷,而眼球运动控制的异常则与眼球运动控制中枢——上丘神经元的神经信息处理异常有关,引起国际同行广泛兴趣,被Nature Reviews Neuroscience等杂志文章正面引用,并被大量科学网站报道。作为脑内两大视觉中枢之一,几乎与Hubel和Wiesel(诺贝尔医学和生理学奖获得者)发现视皮层眼优势柱的同期,人们便已经发现上丘存在较高比例的细胞具有方向选择性,即感知物体运动方向的能力。然而,近半个世纪以来,人们一直未能解释上丘细胞方向选择性的来源和机制。
        史学锋博士与美国西北大学神经生物学系苍建华教授合作,采用在体膜片钳和光遗传技术证实上丘神经元对物体运动方向的感知功能来源于视网膜。在体膜片钳被誉为神经科学领域最难掌握和操作的技术,要求操作者具有极高的显微操作技巧、耐心和个人经验,而上丘的在体膜片钳记录由于其位置深且易出血,难度更大。光遗传为近年来神经科学领域最前沿的技术,借助该技术能够实现对特定类型细胞活动的光操控,催生了一大批顶尖的研究发现。借助前沿技术的应用,该研究揭示了上丘方向选择性神经元接受具有一致或接近的方向调制特性的视网膜方向选择性细胞的输入,并且上丘内局部回路的兴奋性输入在方向调制特性上与视网膜来源的输入也是一致或接近的,从而将视网膜来源的信号线性放大。进一步研究发现,通过遗传操作降低视网膜神经节细胞的方向选择性水平能够显著地降低上丘神经元对物体运动方向的感知能力。
        该项研究对理解视网膜-上丘视觉神经通路以及眼球运动控制中枢的神经活动如何受到早期视觉加工阶段的影响具有开拓性意义,为进一步探索视觉感知和眼球运动的相互关系及其在视觉发育和眼球运动相关疾病中的作用奠定了重要基础。
        我院自1996年建立天津市眼科研究所以来,准确把握国际上眼科学与视觉科学研究趋势,把眼科遗传学和神经科学确定为两大主要研究方向,成立了天津市眼科学与视觉科学重点实验室,取得了一批重要研究成果。美国西北大学神经生物学系在全球神经科学领域享有极高的声誉。此次史学锋博士与西北大学苍建华教授的合作始于2013年苍教授参观访问我院,随后多年来双方围绕共同研究方向开展了密切的实质性研究合作。
        该项研究由我院、美国西北大学、天津医科大学总医院和美国芝加哥大学合作完成。在此感谢国家自然科学基金委、国家留学基金委、天津市131创新性人才培养工程第一层次人才项目的资助和支持。
 
文章链接:http://www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/full/nn.4498.html