中國科學家發現發育早期的視網膜神經節細胞具有可塑性

6月16日，澎湃新聞（www。thepaper。cn）從中國科學院腦科學與智慧技術卓越創新中心（神經科學研究所）獲悉，該中心張翼鳳研究組近日首次證明，視網膜神經節細胞在發育早期具有相當程度的可塑性。研究結果為後期探索環境刺激如何改變視網膜環路提供了基礎，並有助於利用早期感覺經驗訓練對一些感覺系統疾病進行輔助治療的探索。

2020年3月25日和2020年6月12日《PLOS Biology》和《Journal of Neuroscience》期刊分別線上發表了題為《早期視覺運動經驗塑造視網膜方向選擇性神經節細胞間的縫隙連線》和《早期視覺運動經驗提高視網膜的運動方向編碼能力》兩篇研究論文。該研究由中國科學院腦科學與智慧技術卓越創新中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心的張翼鳳研究組獨立完成。

可塑性對神經系統正常行使功能至關重要。個體發育到一定階段，大腦開始從感覺器官獲取外界資訊，並根據這些資訊強化有意義的連線，消除冗餘的連線，以便更高效地對外界刺激做出恰當的迴應，因此這一階段內神經元表現出較高的可塑性。如果在該發育階段改變外界環境刺激，則會導致神經系統功能的變化。以小鼠視覺為例，如果在小鼠睜眼前縫合眼皮，阻斷視覺刺激的輸入，則會導致初級視覺皮層的眼優勢柱、方向選擇性和方位選擇性等基本反應特性出現問題；如果在小鼠視覺皮層發育的關鍵期提供豐富的環境，則可以加速眼優勢柱等功能的建立，甚至可以彌補部分遺傳導致的功能缺陷，比如基因敲除導致的拓撲投射缺陷可以得到改善。前人用這種改變的視覺刺激對視覺系統的發育進行了大量的研究，但主要是以視覺皮層為研究物件，很少有人認為視覺的感受器官——視網膜，也會表現出可塑性，能被外界刺激所改變。那麼，視網膜中的神經元能否被外界視覺刺激所改變？

張翼鳳研究組在小鼠出生10天到35天期間給予不同運動朝向的視覺刺激，使用多通道電極陣列、單通道和雙通道全細胞膜片鉗等方式，記錄並分析了視網膜中給光-撤光型方向選擇性神經節細胞的反應，發現該類細胞有兩個方面的顯著改變。其一是這類細胞對運動刺激方向的編碼能力顯著提高。只要視覺經驗訓練中包含充分的運動刺激，不管是什麼方向的運動刺激，均可使得選擇性神經節細胞對所有運動方向的編碼能力有顯著提高。進一步研究發現，選擇性神經節細胞接收的興奮性輸入在訓練後變得更穩定，這使得它們對視覺運動刺激的反應穩定性增強，從而提升了它們對運動方向編碼的準確性。其次，偏好朝上運動的選擇性神經節細胞間具有縫隙連線，而該連線的強度可被向上運動的經驗訓練增強，而被向下運動的經驗訓練削弱。縫隙連線與細胞間的同步發放聯絡緊密。該研究證明，運動經驗訓練期間的同步發放越強，對縫隙連線的提升越明顯，具有明顯可塑性特徵。運動經驗訓練在這兩方面的影響均長期存在，不被後期視覺經驗的改變所影響。

圖注：左：視覺運動經驗訓練示意圖。右上，偏好朝上運動的ON-OFF DSGCs之間的縫隙連線比例與強度與視覺經驗訓練的方向高度相關。右下，ON-OFF DSGCs對運動方向的編碼能力提升與視覺經驗訓練的方向無關。

科研團隊表示，這項研究首次證明，視網膜神經節細胞的反應可以被豐富的運動刺激所改變，並長期維持；在發育早期，視網膜功能具有相當程度的可塑性；豐富了對經驗依賴的可塑性的理解，提示其在包括感覺器官在內的神經系統很可能普遍存在。研究結果有助於利用早期感覺經驗訓練對一些感覺系統疾病進行輔助治療的探索。

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