Science：出生前后视网膜活动波推动了小鼠上丘中触摸和视觉回路的分离

在胚胎阶段，触觉刺激同时激活触觉和视觉的神经通路。出生后不久，这两条通路就会重组，允许对触觉和视觉进行单独处理。在一项新的研究中，来自西班牙最高科研理事会和埃尔切米盖尔-埃尔南德斯大学的研究人员发现出生前后视网膜发出的活动波推动了触觉和视觉的分离。这种分离发生在一种叫做上丘（superior colliculus）的大脑结构中，这种大脑结构起着分配神经回路的作用。这种分离的任何延迟都会导致成年时维持的视觉回路的不正确分布。相关研究结果发表在2022年8月19日的Science期刊上，论文标题为“Input-dependent segregation of visual and somatosensory circuits in the mouse superior colliculus”。论文通讯作者为埃尔切米盖尔-埃尔南德斯大学的Guillermina López-Bendito博士。

这项新的研究表明小鼠的触觉回路和视觉回路在胚胎中不是独立的，而是相互交融的。在出生时，这两种回路才会分离，对感觉刺激的反应才会变得独立。

在之前的一项研究中，López-Bendito实验室已发现触觉刺激在出生前就激活了旨在处理这类信息的大脑回路。López-Bendito说，“但是我们想确定它们是独立地这样做，还是与其他感官有暂时的重叠。这项新研究提供了关于这些感官在生命最初几天是如何被分离的有趣数据。”

在这项新的研究中，这些作者首次在小鼠体内显示，在胚胎发育期间，触觉刺激不仅在初级躯体感觉皮层（大脑中处理触觉的区域之一）中引发预期的反应，而且令人惊讶地在两个大脑半球的初级视觉皮层中引起反应。

论文第一作者Teresa Guillamón-Vivancos解释说，“这种多模态（即包含一种以上的感觉）反应在妊娠最后一天测试的小鼠胚胎中被观察到，但随着出生而消失了。我们随后测试了这种多模态反应的消失是否与从视网膜到大脑皮层和其他大脑结构的信号到达有关。我们的数据显示躯体感觉回路和视觉回路不是默认分离的，而是需要视网膜的活动波到达才能分离。”

回路分离

在一种叫做上丘的大脑结构中，这种基本的感觉回路分离过程发生在接近出生的时间窗口。以铁路打比方，在出生时，这两种感官在上丘中分离，遵循不同的轨道。视网膜的活动波促进了这种路径改变，它就像一个开关，将每种感觉模式的刺激引向相应的大脑皮层，这样人们就能分别感知它们。

事实上，阻断这些视网膜波延长了出生后感官的多模态（混合）配置，导致上丘保留混合的触觉-视觉特性，视觉系统的空间结构出现缺陷。

这项新研究通过揭示视网膜活动波在获得感觉模式特异性方面的决定性作用，扩大了对视网膜活动波在出生后优化视觉回路方面的经典作用的理解。它的另一个重要贡献是发现了视觉系统与躯体感觉系统分离的有限时间窗口。因此，这种分离的任何延迟都会导致视觉回路结构的长期变化。

López-Bendito博士说，“我们的结果强调了个体发生的观点，即在有机体发育的早期阶段，上丘对皮层特化和视觉回路的配置施加了主控。因此，我们认为，更深入地了解系统发育上较为古老的结构的功能发展对于理解大脑皮层如何形成和指定它的功能区至关重要。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Teresa Guillamón-Vivancos et al. Input-dependent segregation of visual and somatosensory circuits in the mouse superior colliculus. Science, 2022, doi:10.1126/science.abq2960.