研究背景：

    在啮齿动物中，有一类视网膜神经节细胞响应于某个方向移动的视觉刺激比其他方向的刺激爆发出更多的动作电位，被称为方向选择性神经节细胞（DSGC）。近年来，介导方向选择性的细胞类型被广泛研究。DSGC有两类：ON-DSGCs介导视动反射用来响应整个视野的整体运动；以及ON-OFF DSGC，投射到丘脑和视上丘的图像处理中心，并编码视野内的物体运动。

科学问题：

    对于DSGC响应于特定方向的运动刺激的这一特性，是在何时形成以及如何形成的？

内容简述：

    小鼠对于特定方向视觉刺激的响应可以分为体轴方向与重力轴方向。作者发现在β2-nAChR-KO小鼠（β2-烟碱型乙酰胆碱受体-β2-nAChR敲除小鼠）中存在体轴方向的方向选择性的缺失（如图1）。那么，体轴方向的方向选择性是后天的视觉输入引起的还是先天就已经建立？为此，作者测量了β2-nAChR-KO小鼠和wild type小鼠在睁眼前与成年后的DSGC的方向响应特性。由此发现，体轴方向的方向选择性早于后天视觉输入就已经初步建立，并且后天的视觉输入也无法挽救β2-nAChR-KO小鼠的体轴方向的视觉方向选择性的缺失。

图1. β2-nAChR-KO小鼠存在体轴方向的视觉方向选择性的缺失

    进一步，作者探究了β2-nAChR-KO小鼠体轴方向的视觉方向选择性缺失的原因。首先，作者通过标记体轴方向响应的DSGC（通过Trhr promoter 驱动的GFP表达）和重力轴方向响应的DSGC（通过Hb9 promoter 驱动的GFP表达），通过神经节细胞钙成像发现β2-nAChR-KO小鼠的体轴方向视觉选择性响应缺失是由Trhr阳性细胞失去对体轴方向的特异性响应造成的。

图2. 已知小鼠视网膜波三个主要阶段和形成机制

    由于胆碱能受体在SAC细胞中高表达，而且P0-P10期间的视网膜波主要由胆碱能神经元形成（如图2），作者提出猜想：是否由于视网膜波的改变造成了体轴方向选择性的缺失呢？

    为此，作者检测了β2-nAChR-KO小鼠和wild type小鼠的视网膜波信号。发现了，β2-nAChR-KO小鼠视网膜波发放频次显著低于WT小鼠，这可能与其体轴方向选择性缺失有关。作者探究了视网膜波怎么影响方向选择性的发育。根据前人研究基础，作者验证了三个可能的机制，即P9-P11的视网膜波传播性偏差，SAC细胞中的FRMD7表达和SAC的形态。其中，作者发现P9-P11的视网膜波传播性偏差和SAC的形态并没有什么变化。但是，在β2-nAChR-KO小鼠SAC细胞中检测到了FRMD7表达出现少量但显著性的降低。已知该基因在人视网膜中与眼球震颤疾病相关，在小鼠视网膜中还与视觉体轴方向选择性有关。因此，作者认为β2-nAChR-KO小鼠体轴方向选择性缺失可能与FRMD7表达下调有关。然而由于FRMD7表达量的下降较轻微，作者猜测还应存在其他未知机制造成了β2-nAChR-KO小鼠视觉体轴方向选择性缺失。

启示：该工作发现了视觉方向选择性主要在睁眼前形成，而很少受到睁眼后的视觉输入的影响。同时作者着眼于β2-nAChR-KO小鼠中体轴方向选择性的缺失，提出了体轴方向选择性的形成可能与P0-P7小鼠的胆碱能视网膜波的频率有关。并且发现β2-nAChR-KO小鼠中SAC细胞出现FRMD7的表达微弱下调。这提示我们视网膜波通过某种方式介导了体轴方向选择性的形成。

作者简介：加州大学伯克利分校的Marla B. Feller实验室长期致力于解析视网膜波的研究，系统研究了自发神经活动在神经环路组装中起到的作用（Neuron, 2013），突触分布如何实现运动方向的识别（Neuron, 2016），睁眼前的光照能够调制视网膜波并且介导RGC轴突在多个脑区的分离（Neuron, 2018）等。

原文索引：DOI:10.1016/j.celrep.2021.110225

注：本文仅为作者个人解读，如有纰漏，请参照原文。

撰文：刘文辉

审核：马玉乾