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研究人员创建了描述不同类型神经元的分子目录

视网膜神经节细胞(RGC)是所有视觉印象从视网膜流向大脑的瓶颈。加州大学伯克利分校的马克斯·普朗克神经生物学研究所和哈佛大学的一个小组创建了一个分子目录,描述了这些神经元的不同类型。这样,可以系统地研究各个RGC类型并将其链接到特定的连接,功能和行为响应。

当斑马鱼看到光时,它们经常朝着它游泳。与猎物相同,尽管信号完全不同。另一方面,捕食者促使鱼逃脱。很好,因为混淆会导致致命的后果。但是,大脑如何以适当的行为对视觉刺激做出反应?

光子是由轰击眼睛视网膜的光子产生的。视网膜中的神经元收集并处理这些印象。这样做时,视网膜将重点放在重要的细节上:是否存在对比度或颜色?有大小物体吗?有什么动静吗?一旦这些细节被过滤掉,视网膜神经节细胞(RGC)会将它们发送到大脑,在大脑中它们被翻译成特定的行为。

作为视网膜和大脑之间的唯一连接,RGC在视觉系统中起着核心作用。我们已经知道特定的RGC类型会将不同的细节发送到大脑的不同区域。然而,目前尚不清楚RGC类型在分子水平上如何不同,它们各自的功能是什么以及它们如何帮助调节背景相关行为。

为了解决这个难题,赫尔维格·拜尔实验室的YvonneKölsch领导的研究小组分析了RGC的遗传多样性。他们与Joshua Sanes(哈佛大学)和Karthik Shekhar(加州大学伯克利分校)的研究小组合作,确定了RGC中的转录组,即所有活性基因的模式,从而为每个细胞分配了自己独特的分子指纹。对包含> 30,000个RGC的大规模数据集的计算分析基于相似性确定了至少32种不同的RGC类型。

在这个新的神经元细胞类型目录中,科学家发现了仅在某些RGC类型中有活性的基因。借助这些基因和有针对性的基因组编辑,他们获得了选择的RGC类型的遗传途径-研究其结构和功能的前提。

因此,在几乎透明的斑马鱼中,可以荧光标记RGC类型,并记录其轴突投影在哪个大脑区域结束。还可以确定RGC类型喜欢哪种视觉细节。为此,研究人员向鱼类幼虫展示了各种视觉刺激,并研究了其中的哪种激活特定的细胞类型。例如,一种RGC类型对光有反应,但对攻击性捕食者的模拟则没有反应。

如果这种细胞类型不再起作用,对鱼类的行为意味着什么?通常,鱼幼虫更喜欢在明亮的环境中感知周围环境并轻松寻找食物。当科学家停用上述测量光照条件的细胞类型时,鱼失去了导航至有利环境的能力-这清楚地表明,RGC类型对于接近光照特别重要。

该分析将分子描述的RGC类型与特定的结构,功能和行为响应联系起来。它还显示了各个RGC的特殊类型-从它们接触的大脑区域到其行为角色。这一发现支持以下理论:高度专业化的神经元回路是大脑将各种视觉刺激转换为正确行为的秘诀。

将来,分子目录将允许系统地研究其他RGC类型。因此,这项研究使我们在全面了解视觉系统功能架构方面迈出了决定性的一步。

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