研究背景：哺乳动物主要依靠三种光感受器来感知光：视杆细胞、视锥细胞和自感光视网膜神经节细胞 （ipRGC）。视杆和视锥主要负责成像视觉，带给我们生动的图案和色彩感知。而ipRGC主要参与非成像视觉，包括光授时，情绪调节，瞳孔对光反射等。但是灵长类动物ipRGC光信号转导特征以及如何编码环境光信息的机制尚不清楚。

科学问题：灵长类动物ipRGC感光后光信号传导是怎样的？

内容简述：作者首先开发了一种live tissue melanopsin染色方法，染色后不影响电生理记录，发现猕猴ipRGC在一次光刺激后可以持续发放270s±50s。并证实了处于激活态的melanopsin可以被560nm波长的光抑制。这与之前在小鼠上观察到的现象是类似的。

     通过繁育ipRGCs表达猕猴melanopsin的小鼠，使用loose patch和perforated patch技术，作者检测了ipRGC对不同波长的光的敏感程度，发现猕猴melanopsin具有两种“生理沉默状态”（一个视蛋白的状态可以用它的最大吸收波长来表征，在暗适应状态下猕猴melanopsin的最大吸收波长为467.2nm，在600nm光线背景下，其最大吸收波长为453.5nm，这表明melanopsin具有两种silent state）。作者在2015年Neuron（http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2015.02.011）中专门研究了小鼠的melanopsin的tristablity。三种状态分别是R态melanopsin（λmax=467nm），M态meta-melanopsin（λmax=476nm），和E态extra-melanopsin（λmax=446nm）他们之间可以相互转换，也可以同时存在，如左图所示在600nm波长下，E态约占80%。而猕猴melanopsin同样具有三种状态。

     猕猴ipRGCs是如何编码从落日余晖到烈日当空，如此宽广的光强信息的呢？作者通过给予不同梯度光强的光斑刺激，同时记录猕猴ipRGCs firing rate，发现每一个ipRGC到达最大spike rate的光强不同，有一些会随着光强增大，spike rate先增后降，有一些会进入平台期，如左图。所以ipRGC编码宽广的光强信息依赖于群体。作者在2017年Cell（http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.09.005）中详细报道了小鼠ipRGC编码广域光强范围的机制，结果和猕猴是类似的，见右图。

启示：该工作的结果可用于改善人工照明，包括用于治疗情绪障碍的人工照明等。作者发现中等和不明亮的光会导致最大数量的ipRGCs向下游发出信号，并且某些波长能抑制这些神经元的持续活动，这对于我们日常生活具有指导意义。

作者简介：哈佛大学Michael Do实验室长期致力于解析ipRGC的光信号转导机制，系统研究了ipRGC单光子光电流特征（Nature, 2009），ipRGC光信号转导中信息集成机制（Neuron,2015），ipRGC编码广域光强范围机制（Cell, 2017）等。

原文索引：DOI: 10.11a 126/science.ade2024

注：本文仅为作者个人解读，如有纰漏，请参照原文。

撰文：赵航

审核：孟建军