眼睛的连接脑干首次披露

第一次,神经科学家从柏林夏洛——夏洛蒂和马克斯·普朗克生物情报研究所(目前的过程中被建立)显示视网膜内的精确的感觉神经元之间的连接,上丘,中脑的结构。Neuropixels探针是相对近期的发展,代表了新一代的电极。密集的记录点,Neuropixels探针被用来记录神经细胞的活动,并促进这些最近的见解神经电路。写在自然通讯*,研究人员描述了一个基本原则是常见的哺乳动物和鸟类的视觉系统。

两个大脑结构是至关重要的视觉刺激的处理:主要的视觉皮层大脑皮层上丘,中脑的结构。视觉和视觉信息的处理涉及高度复杂的过程。在简化术语中,视觉皮层负责一般的视觉感知,而更早进化的结构中脑负责视觉指导的反射行为。参与视觉处理机制和原则在视觉皮层是众所周知的。工作进行的Jens Kremkow博士领导的研究小组已经导致我们的知识在这一领域,2017年,最终以建立一个艾美奖Noether初级查利特的神经科学研究中心的研究小组(NWFZ)。研究小组的主要目的,这是由德国研究基金会(脱硫),是进一步提高我们理解神经细胞参与了视觉系统。仍存在许多悬而未决的问题,包括细节处理视觉信息的方式在中脑上丘。

视网膜神经节细胞,发现在眼睛的视网膜感觉细胞,应对外部视觉刺激和发送信息到大脑。直接信号通路确保视觉信息接收的视网膜神经细胞也达到中脑。“所仍然默默无闻,直到现在的视网膜神经细胞和神经细胞在中脑与功能水平。知识的缺乏有关的神经元的突触输入同样明显,上丘过程”研究铅Kremkow博士说。“这信息是至关重要的理解在中脑处理机制。“到目前为止,它已经不可能测量synaptically连接视网膜的活动在生物体和中脑神经元。他们最近的研究,该研究小组开发出一种方法是基于测量结果与创新、高密度电极称为Neuropixels探针。准确地讲,Neuropixels探针都很小,线性阵列电极以大约一千记录网站沿着狭窄的柄。由384个电极同步记录的神经元的电活动在大脑中,这些设备已成为神经科学领域内游戏的规则。

研究人员在查利特和马克斯·普朗克生物研究所情报已经使用这种新技术来确定相关的小鼠中脑结构(上丘)和鸟类(视顶盖)。大脑结构都有一个共同的进化起源和发挥重要作用在视网膜的视觉处理输入信号在两组的动物。他们的工作使研究人员一个惊人的发现:“通常情况下,这种类型的电生理记录措施而产生的电信号动作电位soma,神经元的胞体,“Kremkow博士解释道。然而,“在我们录音,我们注意到信号,其外观不同于正常的动作电位。我们继续研究这一现象的原因,并发现中脑的输入信号引起的动作电位在传播“轴突乔木”(分支机构)的视网膜神经节细胞。我们的研究表明,新的电子阵列技术可以用来记录来自轴突的电信号,传递神经信号的神经细胞的预测。这是一个全新的发现。“在全球第一,Kremkow博士的团队能够同时捕捉视网膜神经细胞的活动和他们的synaptically中脑神经元连接目标。

直到现在,眼睛之间的功能连接和中脑仍是一个未知数。研究人员能够在单细胞水平的空间组织输入从中脑的视网膜神经节细胞构成视网膜呈现一个非常精确的原始输入。“中脑的结构有效地提供一个几乎一对一视网膜结构的复制,“Kremkow博士说。他继续说:“我们的另一个新发现是中脑神经元接收一个非常强大的和特定的突触输入从视网膜神经节细胞,但只有少数的这些感觉神经元。这些神经通路使一个非常结构化和眼睛的视网膜功能关系和相应的中脑的地区。“除此之外,这个新的洞察力将加强我们对这种现象的理解被称为盲视,可以观察到个人持续损害视觉皮层由于外伤或肿瘤。不能有意识的知觉,这些个体保留剩余处理视觉信息的能力,从而导致一个直观的感知刺激,轮廓、运动甚至颜色似乎与中脑。

测试是否最初观察到小鼠模型的原则也适用于其他脊椎动物——因此他们是否可以更一般的自然- Kremkow博士和他的团队的一个团队共同工作的马克斯普朗克研究所的生物智能,在丽丝Meitner由丹尼尔·Vallentin博士领导的研究小组专注于神经元电路负责鸟类的精确运动的协调。“使用相同类型的测量,我们可以表明,在斑马雀,神经束的空间组织连接视网膜和中脑遵循类似的原则,“Vallentin博士说。她补充道:“这一发现令人惊讶,因为鸟类有显著提高视力和鸟类和哺乳动物之间的进化距离相当大。“研究者的观察表明,视网膜神经节细胞在光学顶盖上丘显示相似的空间结构和功能连接。他们的发现使研究者得出结论,发现原则必须在哺乳动物视觉信息处理的关键中脑。这些原则甚至可能是综合的性质,适用于所有脊椎动物的大脑,包括人类。

有关研究人员的未来计划,Kremkow博士说:“现在,我们理解了功能,美轮美奂的视网膜神经节细胞和神经元之间的连接在上丘,我们将进一步探索的感官信号处理在视觉系统中,特别是在中脑的地区,以及它们如何有助于视觉指导的反射行为。“团队也想建立新方法是否可能用于其他结构和能否用来测量轴突在大脑的活动。这是没有可能的,它将打开一个新财富机会探索大脑的潜在机制。

参考:Sibille J, Gehr C, Benichov霁,et al .高密度电极记录揭示强和特定的视网膜神经节细胞和中脑神经元之间的连接。Nat Commun。2022;13 (1):5218。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 32775 - 2

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