光环境或影响新生儿大脑发育

最近几天，中国科学技术大学生命科学与医学系薛天教授和金宝研究员在揭示光促进哺乳动物幼脑发育的神经机制方面取得突破相关研究成果日前发表在国际知名期刊《细胞》上

早期视知觉作为人类最重要的感觉输入，可以促进多个脑区的协调发展和大脑高级功能的形成先前的研究表明，出生后在完全黑暗的环境中喂养会减缓幼鼠多个感觉皮层中突触的形成，而神经肽催产素可能是介导这一过程的关键分子可是，目前尚不清楚视觉在发育早期是如何感知的，哪些神经回路和分子机制促进了多个脑区的协调发展，以及儿童期视觉剥夺对成人高级脑功能的影响

哺乳动物的视觉是从视网膜开始的哺乳动物视网膜中有三种类型的感光细胞:视杆细胞，视锥细胞和视网膜自感光神经节细胞与经典的视杆细胞，视锥细胞等成像感光细胞介导视觉图像的编码不同，视网膜自感知神经节细胞通过其基因Opn4编码的感光蛋白，可以特异性感知蓝色波段的光，主要介导非成像视觉功能，如昼夜节律光调节，瞳孔光反射和情绪的光调节在发育过程中，视网膜自我感觉神经节细胞是最早具有感光功能的感光细胞，这表明它可能是介导光促进年轻大脑发育的最关键的感光细胞

首先，通过敲除编码视网膜自感光神经节细胞感光蛋白的基因Opn4，研究人员发现，在出生后的早期发育阶段，几个感觉皮层和海马椎神经元的自发兴奋性突触后电流频率明显下降，形态学显示椎神经元的树突棘数量也明显减少但在出生后完全避光避光的实验中，对照组与缺乏该细胞感光能力的新生大鼠在突触功能和数量上无明显差异

这一结果表明，视网膜自感知神经节细胞可能介导了出生后大脑中光线促进突触的现象再者，新生大鼠视网膜的这个细胞中光敏蛋白的快速再表达，其缺乏该细胞的光敏能力，可以显著改善其皮层和海马中的突触，这证明该细胞是介导小鼠早期光感知以促进发育早期大脑高级认知区突触的充分必要条件

为了进一步探索这种细胞的光感知促进皮层和海马突触的回路和分子机制，研究人员发现，当这种细胞被光激活时，它会通过视网膜到下丘脑的神经回路激活视上核和室旁核的催产素神经元，从而增加脑脊液中催产素的浓度催产素作为神经元突触形成的关键调控分子之一，直接促进多个大脑皮层和海马的突触形成

为了探索发育早期的光对突触发育对成年期高级脑认知能力的影响，研究人员训练小鼠学习不同频率的声音刺激与奖励/惩罚之间的相关性结果发现，儿童期该细胞缺乏光感会导致小鼠成年后的学习速度明显下降，而这种成年后学习能力的不足可以通过人工激活儿童期该细胞或视上核中的催产素神经元来挽救

综上所述，本研究发现了早期发育视知觉促进大脑高级认知区神经元突触协调发展的感光，神经回路和分子机制，揭示了视知觉早期发育对成人大脑高级认知能力的影响研究结果提示，公共卫生研究应关注新生儿的日常光环境，并进一步探讨光环境对新生儿大脑发育的影响