2017年3月14日, 國際著名學術雜誌《Cell》子刊《Neuron》雜誌線上發表了瑞士巴塞爾大學Botond Roska研究團隊的一篇研究論文, 研究論文報導了運用單細胞跨突觸追蹤技術發現了外側膝狀體存在三種視覺整合模式。
視覺、聽覺、味覺和軀體感覺都經過丘腦從外周傳導至大腦皮質, 但丘腦細胞如何整合來自不同感覺通道的資訊, 機制至今未明。 在視覺系統中, 不同類型的視網膜神經節細胞形成不同的外周感覺通道, 然後傳遞不同特徵的視覺資訊。 神經節細胞的樹突延伸至內叢狀層, 深度不一, 而樹突深度和形態是神經節細胞分類的基礎。
但由於技術限制, 很多問題至今未能解決。 如投射至LGN神經節細胞樹突的形態是怎樣的?不同類型的神經節細胞是怎麼分佈的? 不同的LGN細胞是否共用傳入的資訊?
瑞士巴塞爾大學一研究團隊運用了單細胞跨突觸追蹤技術解決這些問題, 主要步驟為:
首先在V1注射能夠逆向軸突運輸的腺病毒(AAV),
他們根據樹突的不同深度和直徑將神經節細胞分為13類。 也發現大多數LGN細胞(15/25)僅接收對側的突觸前神經節細胞, 即單眼LGN細胞。 在單眼LGN細胞中, 一半以上只接收一類或兩類神經節細胞, 這些細胞即“中繼(relay)” LGN細胞。 而單眼LGN細胞(8 / 15)中接收多種神經節細胞類型(2–6種類型, 6–36個細胞)的為“組合(combination)” LGN細胞。 “雙眼組合”LGN細胞(10 / 25)接收來自雙眼多達91個神經節細胞的傳入衝動, 同側的傳入功能專一化, 而對側的傳入功能和分佈廣泛化。
總之, 該團隊利用單細胞跨突觸追蹤技術發現了外側膝狀體存在三種不同視覺整合模式的細胞。
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原文摘要:
The thalamus receives sensory input from different circuits in the periphery. How these sensory channels are integrated at the level of single thalamic cells is not well understood. We performed targeted single-cell-initiated transsynaptic tracing to label the retinal ganglion cells that provide input to individual principal cells in the mouse lateral geniculate nucleus (LGN). We identified three modes of sensory integration by single LGN cells. In the first, 1–5 ganglion cells of mostly the same type converged from one eye, indicating a relay mode. In the second, 6–36 ganglion cells of different types converged from one eye, revealing a combination mode. In the third, up to 91 ganglion cells converged from both eyes, revealing a binocular combination mode in which functionally specialized ipsilateral inputs joined broadly distributed contralateral inputs. Thus, the LGN employs at least three modes of visual input integration, each exhibiting different degrees of specialization.