2022年7月6日

研究人员解码视网膜回路的昼夜节律，瞳孔光反应

根据美国国家眼科研究所(NEI)和美国国家心理健康研究所(NIMH)的一项新的小鼠研究，眼睛的光感应视网膜根据它是产生图像形成视觉还是执行非视觉功能，如调节瞳孔大小或睡眠/觉醒周期，敲击不同的电路。发表在细胞的报道这一发现可能有助于理解我们的眼睛是如何帮助调节情绪、消化、睡眠和新陈代谢的。NEI和NIMH是美国国立卫生研究院的一部分。

NEI感光生理学小组负责人、该研究的资深作者约翰·帕尔伯格博士说:“我们对图像形成视觉的通路有很多了解，但到目前为止，我们还不知道非图像形成的视觉行为是否以及如何依赖于眼睛中的这些相同的通路。”

当光线进入眼睛，照射到视网膜的感光细胞时，视觉就开始了。光感受器在信号被发送到大脑之前，将信号通过几层视网膜神经元传递。光还会触发某些非视觉功能，例如控制有多少光通过瞳孔进入眼睛(瞳孔光反射)和调节清醒/睡眠周期(昼夜节律)。昼夜节律紊乱与睡眠问题、肥胖和其他健康问题有关。

为了研究视网膜中图像形成和非图像形成功能所使用的通路，Pahlberg和同事们研究了一组经过基因改造的小鼠，这些小鼠关闭了光感受器和它们的下一个下游神经元邻居(称为双极细胞)之间的一个或多个通路链接或突触。该小组研究了杆状光感受器的作用，这种感受器对弱光很敏感;锥体光感受器，它们能看见颜色;以及三种类型的双极细胞:杆状双极细胞，“开”锥状双极细胞和“关”锥状双极细胞。

“开”的锥形双极细胞对光的增加有反应，“关”的锥形双极细胞对光的减少有反应。视锥型光感受器只能与视锥型双极细胞交流，而视杆型光感受器有与每一种双极细胞交流的途径，这取决于光的水平。双极细胞然后与视网膜上的其他神经元交流，将信息传递到视神经并传递到大脑。例如，研究中的一些小鼠在杆状细胞和“on”双极细胞之间没有功能连接，或锥体细胞和任何双极细胞之间没有连接，或杆状细胞和锥体光感受器之间缺乏连接。

研究人员将小鼠的反应与视觉刺激同时评估瞳孔的光反应并监测他们的夜间觉醒/睡眠周期。他们确定，虽然图像形成视觉可以使用杆状和锥状感光细胞，以及所有类型的双极细胞，但对于非图像形成功能则并非如此。瞳孔反应完全依赖于杆状光感受器，而视锥细胞无法控制这种行为。同时，昼夜节律调节和瞳孔反射都只使用“on”双极细胞通路，依赖杆状双极细胞和“on”锥状双极细胞，而不是“off”锥状双极细胞。

“我们真的很惊讶地发现，只有‘off’的动物双极细胞不能适应昼夜循环的变化，但仍能看到并对视觉事件做出反应，这意味着他们有功能性的图像形成视觉。对我们来说非常有趣的是，非成像形成功能完全忽略了来自'关闭'途径的信息，”Pahlberg说。“同样令我们惊讶的是，即使在光照水平很高的情况下，针对弱光条件优化的杆状光感受器仍被用于瞳孔反应。”我们真的认为燃料棒在那时会达到极限。”