丘脑通常被描述为大脑的感觉中继站，是一个从外界收集信号并将其传递给皮层进行处理的枢纽。一项新研究表明，在早期发育过程中，这一结构所做的远不止传递信息：其自身的活动似乎有助于构建日后承载视觉信息的回路。
由西班牙国家研究委员会（CSIC）与埃尔切米格尔·埃尔南德斯大学（UMH）联合中心——神经科学研究所（IN）的Guillermina López-Bendito领导的研究团队报告称，丘脑在大脑发育过程中对组织视觉回路发挥着基础性作用。这些发表在《神经科学杂志》上、基于小鼠模型的研究结果表明，干扰丘脑活动会重塑丘脑和视觉皮层中的关键细胞群体。
既是中继站，也是筑路者
丘脑位于感觉器官与大脑皮层之间通信的中心。在视觉通路中，它收集来自视网膜的输入并将其转发至视觉皮层——负责解读我们所看到内容的区域。这种中继功能早已得到充分证实。这项新研究补充的证据表明，丘脑同时也是其所服务系统的构建者。
据López-Bendito——她在IN CSIC-UMH领导感觉回路发育、可塑性与重编程实验室——称，这些结果表明丘脑并非仅仅是视觉信号的被动通道。相反，她说，它积极参与神经回路的构建，其活动有助于调节中间神经元如何被纳入这些回路以及如何分布——她将这一过程描述为正常发育所必需的。
聚焦中间神经元
本研究的核心细胞群体是中间神经元。这些神经元充当调节者，调节周围回路的活动，并帮助维持神经信号的平衡。它们的数量和位置都很重要：中间神经元过少、过多或位置不当，都会改变回路的行为方式。
当研究人员改变小鼠模型中的神经元活动时，他们观察到了这一群体的可测量变化。研究报告称：
- 当丘脑活动被改变时，视觉丘脑中的中间神经元数量发生了变化。
- 这些中间神经元在视觉丘脑中的分布也发生了变化。
- 视觉皮层中中间神经元的组织也受到了影响。
- 这些效应是在视觉通路的不同位点以及发育的不同阶段操纵活动后观察到的。
总体而言，这些观察结果表明，在视觉系统组装期间，丘脑与皮层之间存在持续的对话，而非单向的信息流。
在睁眼之前构建视觉
视觉系统发育中更引人注目的方面之一是，它早在动物真正能够看见之前就已开始。胚胎和幼崽尚未从周围世界接收图像，但它们的大脑已经在忙于组织最终将处理这些图像的架构。
在这些早期阶段，神经元会产生自发活动——由内部驱动的信号爆发，有助于奠定和完善神经回路。在小鼠中，许多此类组织事件发生在睁眼之前，这使得该物种成为研究回路如何在缺乏视觉经验的情况下形成的有用系统。
这项新研究建立在这一生物学基础之上，探究当这种自发活动被实验性改变时会发生什么。研究人员并未将丘脑放电视为背景噪声，而是将其作为回路形成的活跃要素加以检验。
实验是如何设计的
为了探究丘脑的发育作用，该团队使用了多个小鼠品系，使他们能够以不止一种方式干预视觉通路。他们的方法包括：
- 改变视觉通路中多个位点的神经元活动。
- 将这些干预安排到发育的不同时间窗口。
- 检查对视觉丘脑中中间神经元群体的影响。
- 追踪视觉皮层中中间神经元组织如何响应。
通过改变位置和时间，研究人员能够检验丘脑的影响是特异性的还是偶然的——他们记录到的中间神经元数量和分布变化表明，这种活动具有真正的组织作用。
这些发现意味着什么
这项工作重新定义了一个通常以功能术语描述的结构——成年丘脑如何处理感觉数据——将其视为一个自身具有发育作用的行为者。如果丘脑活动有助于决定抑制性中间神经元如何被纳入和排列，那么丘脑就在参与构建它日后用于传递视觉信息的那些回路。
这一观点对科学家如何更广泛地思考感觉系统的组装具有启示意义。回路形成通常从皮层向外研究，关注皮层细胞如何自我组织。这项研究将皮层下结构置于更突出的位置，表明有序视觉皮层的出现部分取决于源自更上游的信号。
这也提醒我们，在发育中的大脑里，“布线”与“功能”之间的界限是模糊的。看似自发的活动可能正在做结构性工作，引导细胞定居何处，以及有多少细胞存活或整合到特定区域。
与任何在小鼠中进行的工作一样，这些发现描述的是一个模型系统，其他哺乳动物中确切起作用的机制还需要单独研究。尽管如此，小鼠视觉通路是一个特征明确的系统，而该研究的设计——在确定的地点和时间操纵活动——为其结论提供了坚实的实验基础。
关于本研究
该研究在神经科学研究所进行，该研究所是西班牙国家研究委员会（CSIC）与埃尔切米格尔·埃尔南德斯大学（UMH）的联合中心，研究发表在《神经科学杂志》上。文章由Elena Garrido撰写，作为该出版物编辑流程的一部分，由Swati Mestri编辑、Robert Egan审阅，该流程包括事实核查和同行评审。报道该工作所用的图像归功于Instituto de Neurociencias UMH CSIC和Irene Huerga-Gómez。
通过表明丘脑活动塑造发育中视觉通路上中间神经元的数量和分布，该团队为大脑如何构建感觉系统这一谜题增添了重要一块——这个系统早在有东西可看之前就已开始处理视觉。
本文基于Medical Xpress的报道。阅读原文。
Originally published on medicalxpress.com
