4月2日，Current?Biology在線發(fā)表題為《瞬時(shí)撤光型α視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞介導(dǎo)逼近視覺(jué)刺激觸發(fā)的本能防御反應(yīng)》的研究論文，該研究由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類(lèi)腦研究中心研究員張翼鳳課題組攻關(guān)完成。該研究通過(guò)篩選瞬時(shí)撤光型α視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的分子標(biāo)志物并構(gòu)建可標(biāo)記及操控該細(xì)胞的轉(zhuǎn)基因小鼠，發(fā)現(xiàn)此類(lèi)細(xì)胞能夠編碼逼近視覺(jué)刺激的大小，并介導(dǎo)了逼近視覺(jué)刺激觸發(fā)的小鼠本能防御反應(yīng)。該研究首次找到了標(biāo)記瞬時(shí)撤光型α視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的分子標(biāo)志物，并證明此類(lèi)神經(jīng)元構(gòu)成了視網(wǎng)膜中的一條警報(bào)專(zhuān)線，通過(guò)皮層下通路快速引起小鼠的防御反應(yīng)。

大腦的視覺(jué)系統(tǒng)使人感知到外部的視覺(jué)環(huán)境；其還具有其他更保守的功能（如感受晝夜節(jié)律、調(diào)控情緒、介導(dǎo)一些本能行為等）。視覺(jué)系統(tǒng)提供這些功能使用的信息編碼策略和傳統(tǒng)視覺(jué)感知中的編碼策略存在區(qū)別嗎？組合編碼是傳統(tǒng)視覺(jué)感知的編碼方式，可為大腦提供清晰而完整的圖像，但這種方式具有反應(yīng)時(shí)間慢、處理信息冗余等缺點(diǎn)。視覺(jué)系統(tǒng)中是否具有另外一種快速編碼的方式？是否通過(guò)一條警報(bào)專(zhuān)線將特定關(guān)鍵信息快速轉(zhuǎn)遞給大腦并觸發(fā)行為？這些是重要的科學(xué)問(wèn)題。

為了研究上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)選取了逼近視覺(jué)刺激引發(fā)小鼠逃跑或僵直行為的范式。團(tuán)隊(duì)猜想，在小鼠快速逃離捕食者的行為中，存在一條警報(bào)專(zhuān)線將危險(xiǎn)信息傳送到大腦，之后引起快速的防御行為。如何找到這條警報(bào)專(zhuān)線是該研究的難點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)從小鼠的視網(wǎng)膜入手，并認(rèn)為小鼠的眼睛里有這條專(zhuān)線的開(kāi)始端，若找到這個(gè)開(kāi)始端，后面的通路則會(huì)如抽絲剝繭般一步步被找到。

該研究認(rèn)為，小鼠視網(wǎng)膜中一類(lèi)非常保守的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞可能是這一警報(bào)專(zhuān)線的開(kāi)端。此類(lèi)α視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞從一開(kāi)始就被發(fā)現(xiàn)具有與眾不同的特性——此類(lèi)細(xì)胞具有巨大的胞體和寬廣的樹(shù)突叢，使它們像雷達(dá)天線一樣可以大面積地搜索視野中的信息。同時(shí)，它們通過(guò)粗壯的軸突將電信號(hào)傳送到大腦。這些如電纜般能夠以最快速度傳遞信號(hào)的軸突使它們成為了這條警報(bào)專(zhuān)線的首選。但是，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)此類(lèi)炙手可熱的明星細(xì)胞的研究相當(dāng)緩慢，因?yàn)榭蒲腥藛T雖可以看到此類(lèi)細(xì)胞、聽(tīng)到它們傳來(lái)的信號(hào)，但始終無(wú)法在數(shù)以萬(wàn)計(jì)的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中將它們?nèi)刻舫鰜?lái)，無(wú)法在沒(méi)有其他細(xì)胞干擾的情況下讓它們按照科研人員的想法做出特定反應(yīng)，從而精確探索它們的功能。

張翼鳳團(tuán)隊(duì)篩選出瞬時(shí)撤光型α細(xì)胞的分子標(biāo)記-Kcnip2基因，首次“捕獲”了此類(lèi)細(xì)胞。研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了Kcnip2轉(zhuǎn)基因小鼠。通過(guò)轉(zhuǎn)基因小鼠，將此類(lèi)細(xì)胞點(diǎn)亮，讓它在眾多細(xì)胞中脫穎而出，更易被研究人員看到；也可通過(guò)光遺傳學(xué)的方式來(lái)操控此類(lèi)細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)對(duì)此類(lèi)野生細(xì)胞的“馴服”。

研究團(tuán)隊(duì)探索此類(lèi)細(xì)胞是不是報(bào)告給大腦有捕食者逼近的警報(bào)專(zhuān)線。他們首先靶向記錄了此類(lèi)細(xì)胞的反應(yīng)，當(dāng)給予一個(gè)模擬捕食者迎面撲來(lái)的視覺(jué)刺激時(shí)，此類(lèi)細(xì)胞對(duì)這種逼近的視覺(jué)刺激具有很強(qiáng)的反應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)細(xì)胞可以編碼逼近視覺(jué)刺激的大小，通過(guò)動(dòng)作電位的頻率報(bào)告給大腦：危險(xiǎn)正在靠近！僅能夠記錄到此類(lèi)細(xì)胞向大腦傳輸?shù)拿孛苄盘?hào)仍不夠，研究團(tuán)隊(duì)還要偽造這樣的信號(hào)，通過(guò)控制此類(lèi)細(xì)胞的活動(dòng)，向大腦傳輸假信號(hào)。當(dāng)他們激活此類(lèi)細(xì)胞，使其向大腦發(fā)出緊急危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)，大腦信以為真了，快速控制小鼠做出逃跑或僵直的防御行為來(lái)保命。研究團(tuán)隊(duì)不僅能夠激活此類(lèi)細(xì)胞，還可以讓此類(lèi)細(xì)胞沉默，在看到危險(xiǎn)刺激時(shí)也發(fā)不出警報(bào)信號(hào)。再給予小鼠逼近的視覺(jué)刺激時(shí)，小鼠竟然和沒(méi)看到危險(xiǎn)一樣，還是閑庭漫步的游蕩，沒(méi)有一點(diǎn)害怕的感覺(jué)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)證明了小鼠視網(wǎng)膜存在由瞬時(shí)撤光型α細(xì)胞構(gòu)成的警報(bào)專(zhuān)線，可將危險(xiǎn)信號(hào)快速傳遞到大腦，引起動(dòng)物的防御行為。該研究為大腦的快速信息編碼提供了環(huán)路基礎(chǔ)，而且有助于深入理解大腦編碼外界刺激的方式。生物界的這種信息傳輸模式也給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了啟示：對(duì)于危險(xiǎn)的特定刺激，人類(lèi)不僅需要廣泛的信息輸入，更需要一條特殊專(zhuān)線進(jìn)行快速?zèng)Q斷。猶如軍隊(duì)首領(lǐng)不能通過(guò)每天的新聞獲取敵情，軍隊(duì)里需要有在最前線的特殊偵察系統(tǒng)。

該研究由博士生王飛與課題組的李額、德雷和吳啟文在張翼鳳的指導(dǎo)下完成，并得到課題組其他成員的積極參與，也獲得腦智卓越中心孫衍剛、許曉鴻和徐華泰課題組的大力支持。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部、上海市的資助。

　　通過(guò)篩選分子標(biāo)志物和構(gòu)建轉(zhuǎn)基因小鼠，可以標(biāo)記并操縱瞬時(shí)撤光型α視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（上）。當(dāng)給予逼近視覺(jué)刺激時(shí)，此類(lèi)細(xì)胞可以編碼逼近視覺(jué)刺激的大?。ㄖ校?。通過(guò)光遺傳學(xué)的方法激活此類(lèi)細(xì)胞，可以引發(fā)小鼠逃跑到安全地方的本能防御行為（左下），而抑制此類(lèi)細(xì)胞的活動(dòng)時(shí)，哪怕給予危險(xiǎn)的逼近視覺(jué)刺激，小鼠仍正?；顒?dòng)（右下）

來(lái)源：中科院