作者:程婷 来源:澎湃新闻 发布时间:2023/10/26 21:28:52
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北大研究团队发现“一细胞,两递质,两视觉功能”的神经机制

 

北大生命科学学院、麦戈文脑研究所、定量生物学中心、生命科学联合中心罗冬根研究员团队发现“一细胞,两递质,两视觉功能”的神经机制。

10月25日,该团队的研究成果以“A single photoreceptor splits perception and entrainment by cotransmission”为题,在《自然》发表。该项工作不仅促进了领域内对视觉形成和生物节律的理解,也为“一细胞,两递质”研究提供了新的范式和思路。

研究团队介绍,神经细胞经特殊的连接点——突触联接起来所组成的神经环路,是神经系统(脑)的基本功能单元,其细胞间信号的传递通过释放某种化学物质(神经递质)来实现。不同的神经细胞释放不同的递质,从而行使不同的功能。

视觉最重要的功能是分辨图像(图像视觉),而另一些功能(非图像视觉)也起着重要辅助作用,如对昼夜节律的调节等。

研究者们很早就认识到,视觉系统这两种功能分别通过两类感光细胞来实现:一类解析局部反差,一类解析整体光亮度;同时近年的研究表明,产生局部反差的感光细胞也能传递整体光亮度,但其神经机制尚不清楚。

罗冬根团队的论文报道了在果蝇中局部反差和整体亮度信号可通过同一感光细胞同时释放两种递质来产生。

研究中,罗冬根团队应用国际领先的果蝇大脑神经元的单电极及多电极膜片钳电生理记录技术揭秘了复眼调节生物节律的神经机制,发现果蝇复眼的一种感光细胞同时释放组胺和乙酰胆碱作为神经递质,其中组胺介导精细的运动视觉,而乙酰胆碱则通过作用于该团队新发现的伞形神经元(AMA神经元)来调节昼夜节律。每个AMA神经元的树突像巨伞一样延伸覆盖了整个视觉脑区,且不同AMA间通过突触连接在一起,从而整合大视野光亮度信息。

这种特性对于非图像视觉功能的实现很理想,而组胺和乙酰胆碱间还存在相互调控。这些重要发现提示,果蝇视觉信号的分离源于视觉信号发生的最初阶段(光感受细胞以一个细胞释放两种递质),是一种新的视觉信号传递模式(见下图)。

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R8感光细胞分离图像和非图像视觉的神经机制。图片来自论文

研究团队表示,该工作揭示了在某递质(如果蝇的组胺)无相反电信号受体的条件下,感光细胞高效分离视觉信号的策略,极大促进了领域内对视觉形成和生物节律的理解。另外,哺乳动物很多脑区也有“一细胞,两递质”现象,但其生理功能还鲜为人知,故该工作还为“一细胞,两递质”的研究提供了新的范式和思路。


 
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