“彩虹”揭示了关于大脑视觉连接的惊人数据

神经科学家知道，大脑中的一些连接是通过神经发育而被修剪的。根据教科书，功能决定结构。但是弗吉尼亚理工大学Carilion研究所的科学家们发现，这些教科书可能是错误的。

他们的结果今天发表了细胞的报道。

“与视觉相关的视网膜神经元在大脑中产生连接，随着大脑的发展，它会加强并保持一些比其他更多的连接。”领导这项研究的弗吉尼亚理工大学Carilion研究所副教授迈克尔·福克斯(Michael Fox)说。“我们发现这种依赖于活动的修剪可能不像我们想的那么简单。”

福克斯和他的研究团队使用了两种不同的技术来研究视网膜神经节细胞——生活在视网膜上并将视觉信息传递到大脑视觉中心的神经元——在老鼠模型中发育。

“人们普遍接受这一点突触连接大约20视网膜神经节细胞在发育过程中聚集到外侧膝状核的细胞上，但是在老鼠生命的第三周，这个数量减少到只有一到两个，”Fox说。“人们认为成熟的视网膜神经节细胞发育出几个突触末梢，这些末梢聚集在信息交换点周围。”

不过，从同一视网膜神经节细胞中生长出几个终末的理论还没有得到证实，所以福克斯和他的研究人员决定追踪终末到它们的根部。

科学家们使用一种被称为“彩虹”的技术，用发出不同颜色荧光的蛋白质标记这些终端。研究人员认为，一种颜色，代表多个终端的单一来源，将主导星团。相反，几种不同的颜色出现在一起，交织在一起，但又截然不同。

“这些样本显示了一个真正的‘彩虹’，”福克斯实验室的研究生阿布扎尔·莫纳瓦法沙尼(Aboozar Monavarfeshani)说，他在这些终端上做了标记。“我能看到，就在我面前，有一些与我从课本中学到的概念非常不同的东西。”

结果显示，一个成熟小鼠大脑中有多个视网膜神经节细胞的单个终末。

这项研究与其他一些研究表明的直接矛盾神经系统发育除去视网膜神经节轴突和大脑目标细胞之间的大部分连接，Fox和他的团队有了更多的问题。

“在所有这些不同的研究中应用的不同类型的方法是否存在技术问题?”狐狸问。“有可能，但更有可能的是视网膜神经节细胞比以前认为的更复杂。”

除了彩虹技术，福克斯的团队还用电子显微镜成像了这些突触连接。

目前是弗吉尼亚理工大学(Virginia Tech)大二学生的莎拉·哈默(Sarah Hammer)通过数百张连续图像追踪了单个视网膜终端。

数据确认了“脑弓”分析的结果 - 来自众多的视网膜轴突视网膜神经节细胞仍存在于成人脑细胞中。

“这些结果不是我们所期望的，它们将迫使我们重新评估我们对通过神经通路的视觉信息的结构和流动的理解，”福克斯说。“这些研究结果的两分法也让我们看到了结合不同方法来理解复杂科学问题的好处。”

乔治亚摄政大学(Georgia Regents University)乔治亚医学院(Medical College of Georgia)的助理教授阿尔伯特·潘(Albert Pan)是神经回路发展方面的专家，他说，这个结果令人意外。

“这项研究为多种神经活动提供了强有力的证据，并呼吁重新评估目前对视觉系统中信息流和神经回路成熟的理解”Pan说，他没有参与这项研究。“这篇论文产生的问题可能比它回答的问题更多，这是一项令人兴奋的研究的一个标志。”

研究仍在继续，福克斯的团队正在努力了解到底有多少视网膜终端汇聚在一起，以及它们如何以不同的方式传递信息。一旦科学家们理解了大脑视觉回路的复杂性，他们可能就能开始开发出治疗大脑出现问题的疗法。

“这项研究告诉我们，没有一种方法能给我们所有的正确答案，”福克斯说。“科学从来都不像我们想象的那么简单。”