原著
视神经损伤修复
保护与再生
青光眼的初级视觉皮质的损伤和视觉调节属性的改变
电子科技大学脑器交互研究团队
眼睛是心灵的窗户，视觉皮质的结构与功能的改变依赖于视觉经验的变化（皮质可塑性），而且中枢系统的退行性疾病还与眼睛的退化有着很强的病理联系。目前，青光眼是目前严重威胁全球人类视觉健康的首要致盲眼病，表现出特征性视神经损害和视野缺损的眼病，病理性眼压升高是其主要的风险因素之一。动物研究中的青光眼模型主要包括实验诱导模型和遗传模型，其中DBA/2J 小鼠是一种年龄依赖性高眼压青光眼遗传模型，与人类疾病有诸多相似之处[1]，被广泛用于青光眼的相关研究。随着青光眼研究的深入，越来越多的研究关注到青光眼患者的视觉皮质甚至整个大脑的变化。磁共振的研究发现青光眼患者的视觉通路中不同脑区的体积都减少，灵长类青光眼诱导模型还发现其外侧膝状体的多个通路存在退行性病变[2-3]。但很少有研究涉及在青光眼模型中眼睛退化导致大脑的结构与功能的改变 。因此，在青光眼模型中对初级视觉皮质（V1）神经元的形态特征及视觉调谐功能进行探究，可以增加对“脑器（眼）交互”中眼睛退化与大脑损伤的联系及病理机制的理解。
近期，电子科技大学生命学院脑器交互研究团队在《中国神经再生研究（英文版）》（Neural Regeneration Research）上发表了题为“Morphological disruption and visual tuning alterations in the primary visual cortex in glaucoma (DBA/2J) mice”研究论文。通过对青光眼小鼠（DBA/2J）和年龄匹配的正常小鼠（C57BL/6J）V1神经元的组织形态学和电生理学响应特征的比较研究。对两类小鼠V1脑片的NeuN 染色和 Nissl染色，结果表明青光眼小鼠V1中观察到的神经元数量显著减少，神经元内尼氏小体密度降低（图1）。首先对V1神经元的视觉调谐曲线测试的结果发现，与正常小鼠相比，青光眼小鼠的视觉调谐特征出现了损伤：方位选择性减弱、偏好低的空间频率和高时间频率的刺激光栅（图2），此外通过空间整合测试发现大部分神经元的外周抑制作用的强度更低、而神经元的感受野的范围增大（图3），而视觉刺激诱导的伽马节律振荡能量也会显著减弱（图4）。
因此，该研究通过直接测试中枢V1区细胞的电生理反应属性和解析其形态结构，丰富了“眼睛损伤对大脑影响”这个问题理解，例如生理学研究认为外周抑制的形成主要与皮质内的水平连接和高级皮质的反馈性投射有关，而在DBA/2J模型中发现大量的神经元外周抑制减弱，可能推测大脑的相关环路或关键中间神经元出现了损伤，这还需要在后期实验的进一步来证实。
该研究也存在一定的局限性。首先实验使用的小鼠月龄偏大，无法确定V1的损伤发生的时间节点。在后期的研究中可以进一步研究不同年龄的V1神经元的结构和功能变化，特别是眼压变化[10]与V1神经元功能和状态之间的关系。其次，视觉调整特性的变化涉及到复杂的视觉通道，包括来自外侧膝状体的前馈输入、V1内水平连接和来自更高视觉皮质的反馈连接，到底是哪些因素起着主要作用还需要进一步的实验来证实。此外，神经元自发活动的检测没有发现两类小鼠的差别，而先前的研究大多认为视觉退化小鼠的自发活动更高，这需要后期其它的实验进一步探讨。此外，对青光眼患者的视野缺损的治疗，还需要进一步研究和调查干预措施，例如刺激神经元活动或药物在实验性青光眼模型中诱导神经元重塑。
图1：青光眼小鼠V1中观察到的神经元数量显著减少
图2：青光眼小鼠V1神经元对视觉特征的调谐减弱
图3：青光眼小鼠V1神经元外周抑制细胞减少
图4：青光眼小鼠V1区光栅诱发的gamma振荡的峰值频率更高但能量减弱
实验室介绍
神经信息教育部重点实验室依托电子科技大学，于2008年获批建设。实验室同时也是“神经信息国际联合研究中心”（科技部，2013）。近5年，实验室承担了科技部、自然科学基金委和科技委的各类项目100余项，科研到账经费约1.2亿。获国家奖1项、省部级奖3项，发表SCI论文510余篇。实验室现有设备资产约8千万元，面积约5000平米。脑器交互团队是电子科技大学脑信息科学领域最主要的科研团队之一，带头人为尧德中教授（美国医学生物工程院 Fellow; 重点实验室主任），成员包括夏阳教授、徐鹏教授、刘铁军教授、罗程教授、郭大庆教授、赖永秀副教授、宫殿坤副教授、董立副研究员、李发礼副研究员、卢竞副教授、陈科副教授、秦云副研究员、蒋思思博士、李建福博士、任俊如高工等，在站博士后与在读博士、硕士研究生、共150余名。“脑器交互”（BAC：Brain-Apparatus Communications）是团队首创的科学概念，它强调身心合一（脑与身体各器官、系统的交互）与天人合一（脑与外界环境、器械的交互）的统（https://www.neuro.uestc.edu.cn/do/show/id/41）。团队围绕BAC的研究包括：交互的生物机制(多模态脑影像机制、多模态外周生理机制），交互的信息理论方法(多层次的脑网络、生理网络、群脑分析等)，交互的信息技术(神经工程技术与仪器、云脑信息计算平台(WeBrain)、数字孪生脑平台(DTB)），交互的场景与范式(脑机接口、功能游戏、功能音乐、神经反馈等），交互的应用示范（老化、情绪、精神症状、神经康复等）。
团队的研究工作受到“国家科技2030”重大科技项目、国家自然科学基金重点项目等的支持，科研经费充足。团队厚植人才成长沃土，热烈欢迎相关方向的各类青年才俊加入，共同实现脑器交互的快速与引领性发展。
原文连接：https://www.sjzsyj.com.cn/CN/10.4103/1673-5374.375341
引用本文：Yang Y, Yang Z, Lv M, Jia A, Li J, Liao B, Chen J, Wu Z, Shi Y, Xia Y, Yao D, Chen K (2024) Morphological disruption and visual tuning alterations in the primary visual cortex in glaucoma (DBA/2J) mice. Neural Regen Res 19(1):220-225.
