Сенсорные входы, включая визуальные, слуховые и соматосенсорные сигналы из окружающей среды, играют решающую роль в развитии мозга младенцев. Было установлено, что зрение (свет), наиболее важное восприятие млекопитающих, способствует синаптогенезу, одному из признаков развития мозга, во многих областях мозга. Однако нейронный механизм, регулирующий это явление, и пожизненное влияние на познание и способность к обучению остаются неизвестными.
Исследовательская группа под руководством профессора Сюэ Тяня и Бао Цзинь из Департамента наук о жизни и медицины Китайского университета науки и технологий (USTC) Китайской академии наук определила нейронный механизм и пожизненный эффект воздействия света на ранний мозг. развития у млекопитающих. Результаты были опубликованы в Cell .
Зрительное восприятие начинается с сетчатки. В сетчатке млекопитающих есть три основных типа фоторецепторов: палочки, колбочки и внутренне светочувствительные ганглиозные клетки сетчатки (ipRGC). В отличие от классических визуализирующих зрительных фоторецепторов палочек и колбочек, которые опосредуют кодирование визуального изображения, ipRGCs специфически активируются синим светом через меланопсин, опсин, кодируемый геном Opn4, и в основном опосредуют невизуальные зрительные функции (NIV), такие как светоунос циркадных часов. , зрачковый световой рефлекс и регуляция настроения. В процессе развития ipRGCs реагируют на свет намного раньше, чем палочки и колбочки, и опосредуют самое раннее восприятие света у млекопитающих, что позволяет предположить, что ipRGCs могут играть роль в стимулирующем свет развитии мозга.
В этом исследовании исследователи впервые обнаружили, что по сравнению с контрольными щенками (Opn4 +/+ ) у новорожденных мышей, лишенных светочувствительности ipRGC (Opn4 -/- ), была снижена частота мини-возбуждающих постсинаптических токов (mEPSC) и количество дендритных шипиков. пирамидных нейронов в множественной сенсорной коре и гиппокампе, в то время как эти нарушения синаптогенеза наблюдались в другой экспериментальной группе, воспитанной в темноте с рождения. Кроме того, за счет повторной экспрессии меланопсина в ipRGCs Opn4 -/- новорожденных мышей кортикальный и гиппокампальный синаптогенез в коре и гиппокампе значительно усиливался. Этот результат показал, что ощущение света через ipRGCs опосредует световой синаптогенез мозга у новорожденных мышей на ранних стадиях развития головного мозга .разработка.
С помощью масс-спектрометрии исследователи дополнительно идентифицировали нейропептид окситоцин как сигнальную молекулу для опосредованного ipRGCs светового синаптогенеза коры и гиппокампа. Они подтвердили проекцию ipRGCs на супраоптическое ядро (SON) и показали, что ганглиозные клетки сетчатки соединяются с окситоциновыми нейронами как в SON, так и в паравентрикулярном ядре (PVN) у детенышей. Эта проекция приводит к активации окситоциновых нейронов как в SON, так и в PVN при ощущении света, опосредованном ipRGC, увеличивая концентрацию окситоцина в спинномозговой жидкости, что способствует синаптогенезу.
Чтобы дополнительно определить, имеют ли наблюдаемые дефициты коркового синаптогенеза на ранних стадиях развития какие-либо долгосрочные последствия для взрослых мышей, исследователи применили задачу распознавания звуков, чтобы проверить способность двухмесячных мышей к обучению. По сравнению с контрольными мышами, мыши Opn4 -/- продемонстрировали снижение скорости обучения, в то время как этот дефицит можно устранить с помощью повторной экспрессии меланопсина или искусственной активации окситоциновых нейронов в SON с рождения.
«Ощущение раннего света ipRGC способствует синаптогенезу коры за счет активации гипоталамических нейронов окситоцина через связи ipRGCs-SON-PVN и продемонстрировало, что стимулируемое светом раннее развитие коры оказывает длительное влияние на способность к обучению во взрослом возрасте», — сказал Сюэ. Это исследование подчеркивает важность ощущения света в раннем возрасте для развития способности к обучению и, следовательно, привлекает внимание к подходящей световой среде для ухода за младенцами.
