光环境或影响新生儿大脑发育

近日，中国科学技术大学生命科学与医学部的薛天教授和鲍进研究员团队，在揭示光如何促进哺乳动物幼年大脑发育的神经机制方面取得了重大突破。这一重要成果已经发表在著名的国际期刊《细胞》上。

众所周知，视觉（光）感知在人类和哺乳动物的早期发育中扮演着至关重要的角色。它不仅能够促进多个脑区的协同发育，更有助于形成高级脑功能。先前的研究已经表明，在出生后的暗环境中完全避光饲养会导致幼鼠的多个感知觉皮层突触形成减缓，其中神经肽催产素可能是这一过程的关键分子。关于发育早期视觉（光）是如何被感知的，以及通过何种神经环路和分子机制促进多脑区协同发育的问题，仍不清楚。幼年的视觉（光）剥夺对成年后高级脑功能的影响也仍是一个未解之谜。

这项研究的亮点在于揭示了视网膜自感光神经节细胞在其中的关键作用。不同于常见的视觉图像编码的感光细胞，这种神经节细胞主要感知蓝光波段的光，并介导非成像视觉功能，如昼夜节律、光调节瞳孔反射和情绪等。在发育过程中，这种神经节细胞是最早具有感光功能的细胞，因此可能是介导光促进幼年大脑发育的关键。

研究人员通过基因操作，成功敲除了编码这种神经节细胞感光蛋白的基因Opn4。他们发现，缺失该细胞感光能力的新生鼠在出生后发育早期，多个感觉皮层和海马椎体神经元的自发微小兴奋性突触后电流频率显著降低。这些小鼠的椎体神经元的树突棘数量也显著减少。这些结果表明，视网膜自感光神经节细胞可能在出生后介导了光促进大脑突触发生的现象。

为了进一步这一过程的环路和分子机制，研究人员通过一系列实验发现了视网膜自感光神经节细胞被光激活后，会通过一个特定的神经环路激活视上核和室旁核的催产素神经元，进而提升脑脊液中的催产素浓度。催产素作为神经元突触建立的关键调控分子之一，直接促进了多个大脑皮层和海马的突触形成。研究还发现幼年期该细胞的光感受缺失会导致小鼠成年后的学习速度显著下降，而这种学习能力缺陷可以通过人为激活该细胞或视上核的催产素神经元来挽救。这表明早期视觉（光）感知不仅影响大脑发育，还会对成年后的高级脑认知能力产生影响。

这项研究为我们揭示了发育早期视觉（光）感知如何促进大脑高级认知区域神经元突触协同发育的神秘过程，并展示了其对成年后高级脑认知能力的影响。这些发现不仅强调了新生儿日常光环境的重要性，也为未来的公共卫生研究提供了新的思路。未来我们可以进一步光环境对新生儿大脑发育的潜在影响，以期更好地保护并促进婴幼儿的大脑发育。