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初級視覺皮層功能結(jié)構(gòu)研究獲進(jìn)展
最近更新時(shí)間：2018-11-22
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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，在高等動物的V1中，對不同視覺朝向起反應(yīng)的神經(jīng)元并非無序地混雜在一起，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)？這些疑問是困擾了視覺皮層研究者們多年的難題。
為了解決這個(gè)問題，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，并通過雙色鈣成像同時(shí)測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，來自V1本身的內(nèi)部連接（intrinsic connection）和來自次級視覺皮層（V2）的反饋連接（feedback connection）都存在著風(fēng)車狀的功能結(jié)構(gòu)。通過和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)與之有著的對齊，而V2至V1的反饋連接則相對較為散亂。這意味著V1的不同輸入通路在其功能結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過程中存在著不同的作用。
除了揭示了投射至初級視覺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、中科院伙伴計(jì)劃、國家自然科學(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