Science：意外！对新生的脊椎动物而言，前庭-眼反射的成熟并不需要感觉输入

在一项新的研究中，来自纽约大学格罗斯曼医学院的研究人员围绕脊椎动物（包括从原始鱼类到哺乳动物的人类和动物）如何在移动时稳定它们的视线展开。他们发现一种古老的将耳朵中的平衡（前庭）系统感测到的任何方向变化转化为眼睛的即时反方向运动的大脑回路使得眼睛能够在脊椎动物的身体向下倾斜时反射性地向上旋转，并且随着动物的发育，它会在生命的早期自我调节。

相关研究结果发表在2025年1月3日的Science期刊上，论文标题为“Sensation is dispensable for the maturation of the vestibulo-ocular reflex”。

这种称为前庭-眼反射（vestibulo-ocular reflex）的大脑回路能够稳定地感知周围的环境。当它被创伤、中风或遗传性疾病打破时，一个人可能会觉得每当他们的头部或身体移动时，世界都会跳动。在成年脊椎动物中，它和其他大脑回路是通过感官（视觉和平衡器官）的反馈来调节的。这项新的研究吃惊地发现，相比之下，新生儿的前庭-眼反射回路的成熟并不需要感觉输入。

这项研究的特色是在斑马鱼幼鱼身上进行的实验。斑马鱼具有与人类相似的凝视稳定反射（gaze-stabilizing reflex）。此外，斑马鱼是透明的，因此科学家们可以直接观察称为神经元的脑细胞成熟，以了解当身体向下倾斜时，让新生的斑马鱼适当地向上旋转眼睛的变化（或者当身体向上倾斜时，眼睛向下旋转）。

论文共同通讯作者、纽约大学格罗斯曼医学院的David Schoppik博士说，“发现前庭回路如何形成的，可能有助于我们找到新的方法来对抗影响平衡或眼球运动的疾病。”

瞬间倾斜

为了验证长期以来认为前庭-眼反射是由视觉反馈调节的假设，这些作者发明了一种装置，通过倾斜和监测自出生以来就失明的斑马鱼幼鱼的眼睛来引发前庭-眼反射。他们观察到，失明的斑马鱼幼鱼在倾斜后反方向旋转眼睛的能力与能看见的斑马鱼幼鱼相当。

尽管过去的研究已证实，感官输入有助于动物在环境中学会正确移动，但是这项新的研究表明，只有在前庭-眼反射完全成熟后，这种调节才会发挥作用。值得注意的是，另一组实验表明，这种大脑回路在发育过程中也会在没有来自称为椭圆囊（utricle）的重力感应前庭器官的输入的情况下达到成熟。

对上斜眼外运动神经元的稀疏标记

由于前庭-眼反射可以在没有感觉反馈的情况下成熟，他们推测，这种大脑回路中成熟最慢的部分必须为前庭-眼反射的发育设定步伐。为了找到这种限速的部分，他们在让斑马鱼幼鱼的身体瞬间倾斜时测量了神经元在整个发育过程中的反应。

这些作者发现，在前庭-眼反射完成发育之前，这种大脑回路中的中枢和运动神经元表现出成熟的反应。因此，这种大脑回路中成熟最慢的部分不可能像长期以来认为的那样在大脑中，而是在神经肌肉接头（neuromuscular junction），即运动神经元和移动眼睛的肌肉细胞之间的信号传导空间。一系列实验表明，只有神经肌肉接头的成熟速度与斑马鱼提高眼睛反方向旋转能力的速度相匹配。

展望未来，Schoppik博士及其团队将在人类疾病的背景下研究他们新详细描述的大脑回路。正在进行的研究工作探讨了运动神经元和神经肌肉接头发育的失败如何导致眼部运动系统的疾病，包括一种常见的眼睛错位，称为斜视（也称为懒惰眼和交叉眼）。

这种前庭-眼反射回路中运动神经元的上游是中间神经元，它们塑造传入的感觉信息，并将眼睛看到的东西与平衡器官整合在一起。Schoppik博士的另一个目标是更好地了解随着平衡回路的发育，这些细胞的功能是如何被破坏的，其目标是帮助美国5%的儿童解决某种形式的平衡问题。

论文第一作者Paige Leary博士说，“了解前庭回路如何出现的基本原理是解决平衡问题和大脑发育障碍的先决条件。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Paige Leary et al. Sensation is dispensable for the maturation of the vestibulo-ocular reflex. Science, 2024, doi:10.1126/science.adr9982.