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Brain Circuitry in Non-image forming vision

      1. ◆ 光不但能帮助我们获得图像感知(成像视觉Image vision),还控制一系列重要的生理功能,包括生物钟的光调节,情绪调节,睡眠,畏光,瞳孔光反射,褪黑素表达等,这些统称为“非成像视觉”功能 (non-image-forming vision)。 直到近年来我们才逐渐认识到介导这些非成像视觉的是一类有别于视锥视杆的新型感光细胞——自感光视网膜神经节细胞 (ipRGC)。

       

        1. ◆ ipRGC与传统的光感受器细胞相比,除了结构上的差异,还有一点重要的区别就是它们是直接投射到中枢的。了解神经节细胞至中枢的投射模式对于理解光信号所介导的生理功能具有显著意义,然而相比于经典的成像视觉环路,我们对于非成像视觉神经环路,特别是视网膜至皮层下投射的结构和功能却知之甚少。我们希望通过特异荧光标记、跨突触病毒示踪、 在体深部脑区功能钙成像、电生理、光遗传、高场小动物fMRI、行为学等手段,解析非成像视觉的介观环路结构以及其行使功能的工作模式

       

       

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      2. ◆ 研究者们很早就以啮齿类动物作为模型开始了对视网膜至脑区投射的探究。Godement等人通过在小鼠(Mus musculus)眼内的玻璃体腔注射氚化脯氨酸和辣根过氧化物酶的方法标记了神经节细胞及其轴突,借此发现视网膜对背外侧膝状体核(dorsal lateral geniculate nucleus, dLGN)和上丘(superior colliculus, SC)的密集投射。Johnson等人和Pickard在大鼠(Rattus norvegicus)和黄金仓鼠(Mesocricetus auratus)中利用辣根过氧化物酶的方法,通过正向和逆向的验证,揭示了视网膜对视交叉上核(suprachiasmatic nuclei, SCN)的投射。这些工作的时代,研究者们并未意识到ipRGC的存在,然而已有一些观察,暗示有一种非视锥视杆的光感受器, 收光信息传递到SCN, 并参与到昼夜节律的光授时中。例如,在缺失视杆和视锥功能的失明小鼠中,光授时的灵敏性并没有降低。2002年,美国布朗大学的Berson等人发现,此类投射至SCN的视网膜神经节细胞正是ipRGC。之后为了描述ipRGC的中枢投射,了解它参与的功能环路,展开了大量的工作。在后续研究中,melanopsin基因被替换为tau-lacZ,ipRGCs因此特异性地表达了β-半乳糖苷酶,从而实现了对ipRGCs至脑区投射的可视化标记。

       

      1. ◆ 本实验室通过与华中科技大学龚辉/骆清明课题组的合作,联合使用高亮稀疏的病毒标记和前沿的fMOST成像技术,以单细胞分辨率正在全脑范围内三维重构ipRGC至中枢的投射,同时结合从单细胞到整体动物不同层面的技术,探究至不同核团的投射具体的生理功能。