支配初級(jí)視皮層的丘腦背外側(cè)核神經(jīng)元亞群的小鼠全腦輸入圖譜構(gòu)建

王麗昭，馬國(guó)芬，劉燕梅，王彥婕，王紫玥，陳兆南，張思宇#，徐天樂#

1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心兒童腦科學(xué)中心，上海200127；2.上海交通大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)與生理學(xué)系，上海200025

丘腦是位于大腦中部的重要核團(tuán)，接收來自視覺、聽覺和觸覺等感覺信號(hào)，并向相應(yīng)的感覺皮層傳遞［1］。早期研究［2］認(rèn)為丘腦是大腦信息傳遞的中繼站，僅負(fù)責(zé)信號(hào)的傳遞，而信息處理則在皮層進(jìn)行。近年來，越來越多的研究表明丘腦不僅有負(fù)責(zé)傳遞感覺信息的初級(jí)核團(tuán)，還有能整合信息的高級(jí)核團(tuán)［3］。這些高級(jí)核團(tuán)接收來自皮層的投射并投回皮層，形成皮層-丘腦-皮層環(huán)路，調(diào)控感覺皮層信息處理，參與高級(jí)認(rèn)知功能。比如，利用光遺傳學(xué)技術(shù)研究小鼠后發(fā)現(xiàn)，丘腦后外側(cè)核（lateral posterior nucleus，LP）為靈長(zhǎng)類丘腦枕核在小鼠中的同源結(jié)構(gòu)，可接收來自前額葉扣帶回（anterior cingulate area，ACA）皮層神經(jīng)元的投射并投向初級(jí)視皮層，調(diào)控初級(jí)視皮層神經(jīng)元對(duì)視覺信號(hào)的處理，從而影響視覺相關(guān)行為［4］。

小鼠丘腦背外側(cè)核（lateral dorsal nucleus，LD）也屬于丘腦高級(jí)核團(tuán)。與丘腦后外側(cè)核相似，丘腦背外側(cè)核也與初級(jí)視皮層（primary visual cortex，V1）、高級(jí)視皮層（higher-order visual cortices，HVC） 和前額葉皮層（prefrontal cortex，PFC）之間形成雙向連接［5］。但是目前丘腦背外側(cè)核的解剖學(xué)連接和功能都尚未細(xì)化，而對(duì)其解剖學(xué)連接的研究是其功能學(xué)研究的基礎(chǔ)。利用傳統(tǒng)的示蹤技術(shù)，比如在神經(jīng)核團(tuán)注射霍亂毒素B 亞單位（cholera toxin B subunit，CTb）逆向標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)前額葉扣帶回、頂葉壓后皮層（retrosplenial area，RSP）和內(nèi)嗅皮層（entorhinal cortex，EC）等皮層區(qū)域都有對(duì)丘腦背外側(cè)核的神經(jīng)投射［6-7］。但是CTb 介導(dǎo)的逆向標(biāo)記不能特異地標(biāo)記核團(tuán)內(nèi)某一亞群細(xì)胞的投射，先前的工作也沒有對(duì)全腦范圍內(nèi)的投射進(jìn)行精確的定量分析。近年來，經(jīng)過基因編輯的病毒已經(jīng)成為神經(jīng)領(lǐng)域繪制和操控神經(jīng)環(huán)路的強(qiáng)有力的工具［8］。比如，利用基因重組技術(shù)將具有強(qiáng)感染性的狂犬病毒糖蛋白（rabies glycoprotein，RG）基因替換成一種禽類肉瘤/白血病病毒的包膜蛋白（envelope glycoprotein，EnvA）基因后，由于哺乳動(dòng)物神經(jīng)元不表達(dá)EnvA的受體TVA蛋白，無法被其感染。經(jīng)過這些改造后的狂犬病毒被稱為假性狂犬病毒。哺乳動(dòng)物的神經(jīng)元需通過其他方式補(bǔ)充TVA 并在細(xì)胞膜上表達(dá)，才能被假性狂犬病毒感染。同時(shí)，被感染的神經(jīng)元還需要通過其他方式補(bǔ)充RG，假性狂犬病毒被RG 包裹后，才能從被感染的神經(jīng)元中跨越突觸傳遞到直接支配被感染神經(jīng)元的上級(jí)神經(jīng)元。為了讓假性狂犬病毒感染的神經(jīng)元具有特異性，通常采用Cre 重組酶依賴的表達(dá)TVA和RG 蛋白的腺相關(guān)病毒（adeno-associated virus，AAV）作為輔助病毒，同時(shí)使用病毒或者轉(zhuǎn)基因動(dòng)物以在特定亞群神經(jīng)元中表達(dá)Cre 重組酶，從而介導(dǎo)Cre 重組酶依賴的TVA和RG蛋白的表達(dá)。待這些輔助蛋白在神經(jīng)元中充分表達(dá)后注射假性狂犬病毒，該病毒能夠識(shí)別TVA 從而進(jìn)入表達(dá)該受體的神經(jīng)元。在同時(shí)存在RG 蛋白的情況下，可以形成具有感染性的病毒顆粒而跨突觸感染直接支配初始神經(jīng)元的上級(jí)神經(jīng)元。由于被感染的上級(jí)神經(jīng)元中沒有RG 蛋白，進(jìn)入該神經(jīng)元的狂犬病毒失去了跨突觸再次傳播的能力，從而使得改造后的假性狂犬病毒具有逆向跨一級(jí)突觸的特性，最終實(shí)現(xiàn)在全腦范圍內(nèi)標(biāo)記特定神經(jīng)元亞群的直接輸入神經(jīng)元［9］。

丘腦背外側(cè)核整合位于初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)皮層區(qū)域的大量信息，但其功能尚未明確。為了研究丘腦背外側(cè)核在視覺信息處理及視覺相關(guān)行為中的功能，本研究聯(lián)合使用表達(dá)小麥胚芽凝集素（wheat germ agglutinin，WGA）和Cre 重組酶融合蛋白（WGA-Cre）的腺相關(guān)病毒、假性狂犬病毒輔助腺相關(guān)病毒和假性狂犬病毒來標(biāo)記支配初級(jí)視覺皮層的丘腦背外側(cè)核神經(jīng)元亞群的全腦范圍輸入神經(jīng)元。在獲取病毒標(biāo)記的鼠腦后，我們進(jìn)行全腦切片和數(shù)據(jù)采集，結(jié)合使用本實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的高通量解剖數(shù)據(jù)分析軟件，定量分析支配初級(jí)視皮層的丘腦背外側(cè)核神經(jīng)元亞群的全腦輸入神經(jīng)元，繪制更精細(xì)的解剖學(xué)連接圖譜，為進(jìn)一步研究丘腦背外側(cè)核的功能奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 清潔級(jí)C57BL/6J 雄性小鼠，8～10 周齡，5 只，體質(zhì)量20～25 g，購(gòu)自上海靈暢生物科技有限公司，生產(chǎn)許可證號(hào)為SCXK（滬）2013-0018。實(shí)驗(yàn)小鼠飼養(yǎng)于上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，使用許可證號(hào)為SYXK （滬） 2018-0027；環(huán)境溫度25 ℃，濕度50%～60%，每12 h 明暗交替，小鼠自由飲水進(jìn)食。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物相關(guān)操作均符合上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院動(dòng)物倫理相關(guān)規(guī)定。

1.1.2 主要試劑 表達(dá)WGA-Cre 的腺相關(guān)病毒（AAVEF1a-mCherry-IRES-WGA-Cre）由山東維真生物科技有限公司制作，Cre 重組酶依賴的表達(dá)TVA 的腺相關(guān)病毒（AAV-EF1a-DIO-TVA-mCherry）、Cre 重組酶依賴的表達(dá)RG 蛋白的腺相關(guān)病毒（AAV-CAG-DIO-RG）、攜帶增強(qiáng)綠色熒光蛋白的假性狂犬病毒（PRV-EGFP）均購(gòu)自武漢樞密腦科學(xué)技術(shù)有限公司，包埋劑購(gòu)自美國(guó)Thermo 公司，封片劑購(gòu)自美國(guó)Vectorlabs公司。

微量注射器 （Nanoject Ⅱ， 美國(guó)Drummond Scientific），冰凍切片機(jī)（HM525，美國(guó)Thermo），高通量普通熒光顯微鏡（VS120，日本Olympus）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 病毒注射 為了逆向跨單突觸標(biāo)記支配初級(jí)視皮層的丘腦背外側(cè)核神經(jīng)元亞群的全腦輸入，本研究設(shè)計(jì)了病毒聯(lián)合使用策略（圖1）。小鼠經(jīng)異氟烷（5%誘導(dǎo)和1.5%維持）麻醉后，放置于立體定位儀上固定。使用加熱墊使小鼠在手術(shù)過程中體溫保持在37 ℃。小鼠頭部剃毛，75%乙醇消毒后，切開頭部皮膚暴露顱骨。先使用顱骨鉆在注射位點(diǎn)上開直徑約0.5 mm 的小窗，再使用微量注射器在注射位點(diǎn)以60 nL/min 的速度注射病毒。

向右側(cè)初級(jí)視皮層（前囟-3.5 mm，旁開2.8 mm，深度0.5 mm）注射AAV-EF1a-mCherry-IRES-WGA-Cre 500 nL （2.4×1013μg/mL）； 同時(shí)將AAV-EF1a-DIO-TVAmCherry （5.40×1012μg/mL） 和 AAV-CAG-DIO-RG（3.06×1012μg/mL）按照1∶2比例混合后向右側(cè)丘腦背外側(cè)核（前囟-1.2 mm，旁開1.0 mm，深度2.8 mm）注射100 nL。28 d 后，向初級(jí)視皮層注射RV-EGFP（2.40×108IFU/mL）100 nL。

圖1 標(biāo)記支配初級(jí)視皮層的丘腦背外側(cè)核神經(jīng)元全腦輸入神經(jīng)元的病毒聯(lián)合使用策略Fig 1 Strategy for joint viral labeling of the whole-brain inputs to LD neurons innervating V1

1.2.2 組織取樣及處理 假性狂犬病毒注射7 d 后，10%戊巴比妥鈉深度麻醉小鼠，1×PBS 灌流3 min 后，換用4%多聚甲醛固定。取出小鼠大腦放置于4%多聚甲醛中后固定過夜，30%蔗糖溶液脫水2 d。充分脫水后，使用包埋劑包埋，冷凍，在冰凍切片機(jī)中切成厚度50 μm 的冠狀切片，最后使用含DAPI的封片劑進(jìn)行封片。

1.2.3 熒光顯微鏡成像 使用可完成自動(dòng)聚焦和快速熒光掃描拍攝的VS120 高通量普通熒光顯微鏡對(duì)小鼠腦切片進(jìn)行熒光成像。每個(gè)鼠腦取全腦切片55～60 片進(jìn)行成像，存儲(chǔ)量約為20 GB。

1.2.4 解剖數(shù)據(jù)分析方法 使用本實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的高通量解剖數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)熒光腦片圖像進(jìn)行分析。此套軟件包括3 個(gè)模塊：胞體信號(hào)檢測(cè)、腦片圖譜配對(duì)和全腦定量分析。胞體信號(hào)檢測(cè)模塊能夠標(biāo)記胞體位置。腦片圖譜配對(duì)模塊能夠?qū)⒛X片與艾倫腦科學(xué)研究所（Allen Institute）發(fā)布的數(shù)字化圖譜進(jìn)行精準(zhǔn)配對(duì)。全腦定量分析模塊能夠綜合前2 個(gè)模塊的數(shù)據(jù)計(jì)算出全腦范圍內(nèi)每個(gè)腦區(qū)內(nèi)標(biāo)記的細(xì)胞數(shù)量和占全腦標(biāo)記細(xì)胞的比例。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用Excel 2013軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Origin 2019軟件制作數(shù)據(jù)圖表。定量資料用±s表示。

2 結(jié)果

2.1 丘腦背外側(cè)核中的起始神經(jīng)元

本研究共注射了5 只小鼠，選取其中3 只注射位點(diǎn)準(zhǔn)確的小鼠進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分析。在初級(jí)視皮層，感染AAVEF1a-mCherry-IRES-WGA-Cre 的神經(jīng)元表達(dá)紅色熒光蛋白（圖2A），并且合成和分泌WGA-Cre。這些紅色熒光蛋白會(huì)留在細(xì)胞胞體所在的初級(jí)視皮層區(qū)域，而WGACre則會(huì)被分泌到細(xì)胞外。支配初級(jí)視皮層的丘腦背外側(cè)核神經(jīng)元的軸突可以從視皮層捕獲被分泌到細(xì)胞外的WGA-Cre，并將其逆向轉(zhuǎn)運(yùn)回位于丘腦背外側(cè)核的胞體。在胞體內(nèi)，融合蛋白中的Cre 重組酶完成對(duì)Cre 重組酶依賴的表達(dá)TVA 蛋白和RG 蛋白的AAV 的DNA 剪切和重組，從而誘導(dǎo)TVA和RG蛋白的表達(dá)。

與此同時(shí)，表達(dá)TVA和RG蛋白的神經(jīng)元也會(huì)表達(dá)紅色熒光蛋白，從而標(biāo)記丘腦背外側(cè)核中支配初級(jí)視皮層的神經(jīng)元亞群（圖2B）。AAV 注射28 d后，TVA 和RG 蛋白在丘腦背外側(cè)核支配初級(jí)視皮層的神經(jīng)元亞群中已經(jīng)充分表達(dá)。此時(shí)再向初級(jí)視皮層注射表達(dá)綠色熒光蛋白的假性狂犬病毒，假性狂犬病毒與存在于視皮層中的丘腦背外側(cè)核神經(jīng)元軸突上的TVA 結(jié)合，從而進(jìn)入該亞群的神經(jīng)元。當(dāng)假性狂犬病毒被逆向運(yùn)回位于丘腦的胞體后，病毒基因組進(jìn)行復(fù)制，并加入RG 蛋白組裝成為有跨突觸感染能力的狂犬病毒顆粒。這些狂犬病毒顆粒逆向跨單突觸感染直接支配丘腦背外側(cè)核投向初級(jí)視皮層神經(jīng)元亞群的上游神經(jīng)元后，可大量表達(dá)綠色熒光蛋白，使得這些上游神經(jīng)元在熒光顯微鏡成像中清晰可見（圖2C）。

起始神經(jīng)元是假性狂犬病毒介導(dǎo)的逆向跨單突觸感染實(shí)驗(yàn)中既被表達(dá)假性狂犬病毒輔助蛋白的AVV（紅色熒光）感染，又被假性狂犬病毒（綠色熒光）感染的神經(jīng)元。在丘腦背外側(cè)核中，觀察到黃色（紅色和綠色熒光疊加的結(jié)果）起始神經(jīng)元（36±8）個(gè)（圖2D）。全腦范圍內(nèi)的輸入神經(jīng)元與起始神經(jīng)元的比值為64±11，即假性狂犬病毒從一個(gè)丘腦背外側(cè)核的起始神經(jīng)元出發(fā)，平均能感染到大約64個(gè)直接支配它的上游輸入神經(jīng)元。

圖2 病毒注射位點(diǎn)及熒光蛋白在各級(jí)神經(jīng)元的表達(dá)情況Fig 2 Viral vector injection sites and the expression of fluorescence proteins in the neurons

2.2 丘腦背外側(cè)核支配初級(jí)視皮層的神經(jīng)元亞群的上游輸入神經(jīng)元的全腦范圍定量分析

本研究在多個(gè)腦區(qū)觀察到有假性狂犬病毒攜帶的綠色熒光標(biāo)記的上游輸入神經(jīng)元，包括皮層（cortical areas）、間腦（interbrain）和中腦（midbrain）（圖3）。其中皮層的輸入神經(jīng)元占全腦輸入神經(jīng)元總數(shù)的（58.1±4.8）%，間腦占（23.2±0.9）%，中腦占（15.3±4.0）%（圖4）。在皮層區(qū)域，輸入神經(jīng)元最多的區(qū)域是軀體運(yùn)動(dòng)皮層（somatomotor area，MO）、視皮層（visual area，VIS）和軀體感覺皮層（somatosensory area，SS）。此外，與高級(jí)認(rèn)知功能相關(guān)的皮層區(qū)域如前額葉的眶額葉皮層（orbital area，ORB）和扣帶回皮層，中間聯(lián)合皮層區(qū)域的后頂葉皮層（posterior parietal association area，PTLp）和壓后皮層中也有大量輸入神經(jīng)元的分布（圖3A、圖4A）。在視皮層、聽皮層（auditory area，AUD）和軀體感覺皮層中輸入神經(jīng)元的胞體主要分布在第5 層和第6 層（圖5），與皮層這2 層神經(jīng)元的調(diào)節(jié)功能相符。在間腦，輸入神經(jīng)元主要分布于未定區(qū)（zona incerta，ZI）、下丘腦腹側(cè)正中核（hypothalamic medial zone，MEZ）、丘腦網(wǎng)狀核團(tuán)（thalamus reticular nucleus，TRN）和外側(cè)膝狀體腹側(cè)部（ventral part of the lateral geniculate complex，LGv）（圖3B、圖4B）。在中腦，輸入神經(jīng)元主要分布于頂蓋前區(qū)（pretectal region，PRT）、黑質(zhì)（substantia nigra，SN）、上丘（superior colliculus，SC）和中腦網(wǎng)狀核（midbrain reticular nucleus，MRN）（圖3C、圖4C）。

圖3 全腦范圍內(nèi)假性狂犬病毒逆向示蹤標(biāo)記的輸入神經(jīng)元Fig 3 Whole-brain distribution of pseudorabies virus-labeled input neurons

圖4 全腦范圍內(nèi)各腦區(qū)假性狂犬病毒逆向示蹤標(biāo)記的輸入神經(jīng)元百分比Fig 4 Percentages of pseudorabies virus-labeled input neurons in the whole brain

圖5 假性狂犬病毒逆向標(biāo)記的神經(jīng)元在各感覺皮層中的分布Fig 5 Laminar distribution of pseudorabies virus-labeled input neurons in the sensory cortices

3 討論

本研究利用自行設(shè)計(jì)的病毒注射策略和高通量數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行定量分析，在全腦范圍內(nèi)標(biāo)記出支配初級(jí)視皮層的丘腦背外側(cè)核神經(jīng)元亞群的直接輸入神經(jīng)元，繪制出了比傳統(tǒng)示蹤方法更加全面而精細(xì)的解剖學(xué)連接圖譜，其中包括皮層-丘腦、中腦-丘腦和間腦-丘腦遠(yuǎn)距離連接。單個(gè)鼠腦的全腦范圍解剖學(xué)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量可以達(dá)到20 GB 左右。若使用傳統(tǒng)的圖像分析軟件（Image J）分析，耗時(shí)長(zhǎng)、工作量大。本實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的高通量解剖數(shù)據(jù)分析軟件［10］能夠獲取神經(jīng)元胞體在冠狀切片的位置信息，還能利用腦片上的標(biāo)記點(diǎn)，將腦片與Allen Institute 發(fā)布的數(shù)字化圖譜進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，從而準(zhǔn)確標(biāo)記每個(gè)目標(biāo)神經(jīng)元在全腦范圍內(nèi)的位置，最后定量計(jì)算出各個(gè)腦區(qū)內(nèi)標(biāo)記到的上游輸入神經(jīng)元的分布比例。利用此高通量解剖數(shù)據(jù)分析軟件分析一只小鼠腦片僅需5～6 h的時(shí)間，大大提高了分析效率。

丘腦作為皮層區(qū)域的主要輸入來源，與皮層之間有大量的雙向連接來進(jìn)行信息交互處理［11］。本研究結(jié)果表明來自感覺皮層和前額葉皮層的輸入占比最高。支配初級(jí)視皮層的丘腦背外側(cè)核神經(jīng)元亞群可以整合來自視皮層、聽皮層和軀體感覺皮層等初級(jí)感覺皮層的信息和來自軀體運(yùn)動(dòng)皮層的運(yùn)動(dòng)控制信息，也可以同時(shí)接受來自更加高級(jí)的中間聯(lián)合皮層和前額葉皮層的認(rèn)知相關(guān)信息的調(diào)控。在整合了包括感覺、運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知的大量信息之后，該丘腦背外側(cè)核的神經(jīng)元亞群可以再將調(diào)控信息送回初級(jí)視皮層，從而調(diào)控視皮層神經(jīng)元對(duì)視覺信息的處理，由此推測(cè)其可能參與了感覺信息自上而下的調(diào)控過程。

之前的研究中使用CTb 逆向示蹤方法，顯示次級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層、前扣帶回皮層［12］和壓后皮層［6］的神經(jīng)元投向丘腦背外側(cè)核群。本研究結(jié)果也顯示這些皮層區(qū)域直接支配丘腦背外側(cè)核投向視皮層的神經(jīng)元。前期研究報(bào)道內(nèi)嗅皮層也直接支配丘腦背外側(cè)核群，但我們的結(jié)果發(fā)現(xiàn)該區(qū)域被標(biāo)記的神經(jīng)元很少，推測(cè)內(nèi)嗅皮層可能主要支配的是丘腦背側(cè)核群中投向其他區(qū)域的神經(jīng)元。除此之外，本研究還發(fā)現(xiàn)軀體感覺皮層、聽皮層、后頂葉皮層以及眶額葉皮層都有神經(jīng)元直接支配丘腦背外側(cè)核投向視皮層的神經(jīng)元。這些結(jié)果表明丘腦背側(cè)核群中不同亞區(qū)或亞群的神經(jīng)元可能受不同輸入神經(jīng)元的支配，要理清不同亞區(qū)或亞群的神經(jīng)元解剖學(xué)連接圖譜還需要進(jìn)一步的研究。

丘腦神經(jīng)元接收的興奮性輸入可以分為兩大類：驅(qū)動(dòng)型和調(diào)節(jié)型［1］。比如丘腦外側(cè)膝狀體接收的來自視網(wǎng)膜的信號(hào)就是驅(qū)動(dòng)型信號(hào)；同時(shí)外側(cè)膝狀體神經(jīng)元還接收來自初級(jí)視皮層第6層神經(jīng)元的信號(hào)，該信號(hào)為調(diào)節(jié)型信號(hào)。丘腦枕核接收來自皮層第5 層神經(jīng)元的驅(qū)動(dòng)型信號(hào)，也接收來自第6 層神經(jīng)元的調(diào)節(jié)型信號(hào)［13］。驅(qū)動(dòng)型信號(hào)和調(diào)節(jié)型信號(hào)在丘腦神經(jīng)元上的突觸位置和電生理特性有所不同。比如驅(qū)動(dòng)型信號(hào)主要發(fā)生在靠近胞體處的突觸，激活離子通道型受體，產(chǎn)生緊張性放電（tonic firing），而調(diào)節(jié)型信號(hào)主要發(fā)生在遠(yuǎn)離胞體的樹突突觸，通過激活代謝型受體，產(chǎn)生爆發(fā)性放電（burst firing）［13］。本研究的結(jié)果顯示丘腦背外側(cè)核投向視皮層的神經(jīng)元主要接收來自各感覺皮層區(qū)域第5 層和第6 層神經(jīng)元的投射，而來自第5 層和第6 層神經(jīng)元的興奮性輸入的電生理特性和功能如何則仍需進(jìn)一步的研究。

間腦的丘腦網(wǎng)狀核團(tuán)是丘腦內(nèi)的抑制性核團(tuán)，主要由γ-氨基丁酸能神經(jīng)元（GABAergic neuron）組成，它與幾乎所有的丘腦核團(tuán)形成雙向的連接，在保持丘腦區(qū)域的興奮/抑制平衡中起到非常重要的作用。最新研究［14-15］表明丘腦網(wǎng)狀核團(tuán)中心區(qū)的神經(jīng)元支配丘腦初級(jí)核團(tuán)，而外周區(qū)神經(jīng)元支配丘腦高級(jí)核團(tuán)，它們具有不同的輸入強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)特性。本研究結(jié)果顯示，丘腦背外側(cè)核中支配初級(jí)視皮層的神經(jīng)元亞群接收的丘腦網(wǎng)狀核的輸入信號(hào)主要來自于其外周區(qū)，支持前述研究的結(jié)果。

中腦的上丘是感覺信息處理的中心之一，它直接接收來自視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和初級(jí)視皮層的輸入，參與對(duì)視覺危險(xiǎn)因素的躲避或?qū)ΛC物發(fā)起捕食的本能反應(yīng)［16］。在小鼠腦中，85%～90%的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞都可以直接支配上丘的神經(jīng)元，從而傳遞視覺相關(guān)信號(hào)［17］。本研究結(jié)果顯示，丘腦背外側(cè)核神經(jīng)元也接收上丘的投射，發(fā)起這些投射的上丘神經(jīng)元是否直接接收視網(wǎng)膜神經(jīng)元的輸入，以及這些上丘投射傳導(dǎo)何種信息還有待進(jìn)一步研究。黑質(zhì)是多巴胺能輸入的主要來源之一，丘腦背外側(cè)核神經(jīng)元接收來自黑質(zhì)的神經(jīng)元投射，提示其功能可能受到多巴胺的調(diào)節(jié)，該過程在行為調(diào)節(jié)中的功能也值得進(jìn)一步研究。

對(duì)環(huán)路的解剖學(xué)數(shù)據(jù)分析是對(duì)其功能學(xué)研究的基礎(chǔ)。本研究通過多種病毒聯(lián)合使用的策略以及高通量數(shù)據(jù)采集和軟件定量分析，在全腦范圍內(nèi)標(biāo)記出丘腦背外側(cè)核中支配初級(jí)視皮層的神經(jīng)元亞群的直接輸入神經(jīng)元，為進(jìn)一步研究該神經(jīng)元亞群及其接收的各遠(yuǎn)距離投射的功能奠定了基礎(chǔ)。

參·考·文·獻(xiàn)

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