視覺感知
對于幼年小鼠(P9)而言,其視網(wǎng)膜內(nèi)的視錐細胞和視桿細胞尚未發(fā)育成熟,此時的感光細胞僅為自感光神經(jīng)節(jié)細胞(ipRGCs)。而對于其發(fā)育早期,通過全暗環(huán)境飼養(yǎng)來剝奪視覺輸入或敲除其ipRGCs中的感光蛋白——視黑蛋白(melanopsin),都會使得其無法獲得任何的視覺感知。
然而,缺少視覺感知對于大腦的影響并非簡單的影響到了視皮層,更影響到了聽皮層、海馬、前額葉等多個重要區(qū)域,大腦多個區(qū)域內(nèi)的神經(jīng)元樹突棘形成不良、mEPSC發(fā)放頻率降低。而且通過AAV介導(dǎo)的視黑蛋白回補可以顯著的改善這一情況。
視覺環(huán)路
上述現(xiàn)象的產(chǎn)生,背后離不開一個關(guān)鍵性的神經(jīng)肽——催產(chǎn)素(oxytocin),通過多種病毒失蹤技術(shù),我們可以形成完整的神經(jīng)環(huán)路,視網(wǎng)膜中光信號經(jīng)由ipRGCs投射到視上核(SON),再通過SON與視旁核(PVN)相互投射,大量促進大腦中催產(chǎn)素的釋放。催產(chǎn)素大量釋放并到達腦脊液,直接促進了多個大腦皮層和海馬的突觸形成。
成年腦認知
讓研究人員十分驚訝的是,視覺刺激對于大腦早期發(fā)育的上述影響,甚至?xí)绊懙匠赡辍Q芯咳藛T測試了Go/No-go的行為學(xué)測試,觀察成年動物對于聲音刺激的學(xué)習(xí)能力,發(fā)現(xiàn)對于早期發(fā)育中由于ipRGCs不能感光而抑制大腦發(fā)育的動物,其成年對于聲音刺激的學(xué)習(xí)能力也受到影響,而這種影響可以被P0重新表達視黑蛋白所改善,但是成年期間的重新表達似乎沒有進展,這也充分驗證了視覺刺激的巨大影響主要體現(xiàn)在早期發(fā)育之中。
這項研究確立了發(fā)育早期視覺(光)的輸入促進腦高級認知區(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)育早期光感知輸入對成年后腦高級認知能力的影響。