中科院Nature子刊等两文章神经科学研究重大突破

【字体: 时间:2008年10月17日 来源:生物通

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  生物通综合报道:中国科学院生物物理研究所研究员王书荣小组以家鸽视觉系统为研究对象,揭示大脑控制视觉稳定和清晰的机制以及大脑控制眼睛运动的机制。 解开的这两个谜团被同行神经科学家认为是项重大的突破进展,甚至有专家推荐为必读的新发现。

  

生物通综合报道:中国科学院生物物理研究所研究员王书荣小组以家鸽视觉系统为研究对象,揭示大脑控制视觉稳定和清晰的机制以及大脑控制眼睛运动的机制。 解开的这两个谜团被同行神经科学家认为是项重大的突破进展,甚至有专家推荐为必读的新发现。

 

大脑有很多神奇的奥秘,它如何使人眼看到的外部世界始终是清晰而稳定的,当眼睛在捕捉外界信息时需要不端的移动眼球转换视线,大脑如何控制眼球的运动,这两个问题一直是未解之谜,也是神经科学研究的前沿课题。中科院生物物理研究所王书荣研究小组近期发表两篇高水平文章,解开大脑控制视觉系统的谜底。

 

在日常生活中,人和许多动物的眼球会频繁转动,以搜寻、注视、跟踪感兴趣的目标。通常人眼以500度每秒以上的速度,将视线从视野中一点飞转到另外一点。“从物理学上讲,眼球快速转动时,所看物体的像飞快扫过视网膜表面,外界世界看起来应该是模糊一片。但是,我们并没有看到世界在摇曳不定,物体仍然清晰可辨。显然,人脑巧妙地处理了这样一对视觉上的物理学和生物学矛盾,但其中的脑机制却一直不为人知。”中国科学院生物物理研究所研究员王书荣说。

 

大脑控制视觉清晰而稳定的奥秘

王书荣研究员和博士研究生杨艳、曹鹏、杨杨以家鸽视觉系统为研究对象,发现了实现“眼睛扫视抑制的脑内神经回路”。由于家鸽的视觉通路构成基本与人和其他哺乳动物类似,也有与之相当的视觉认知能力,专家认为这项发现具有普遍意义,能够用于解释人脑如何控制视觉系统,使人眼在快速跳动时,看到的外部世界始终是清晰和稳定的。

 

相关成果公布在46Nature Neuroscience上。

 

脑控制眼睛运动之谜

中国科学院生物物理研究所研究员王书荣和博士研究生杨杨、杨艳在家鸽外展神经核里记录到297个神经元,按其放电模式与眼睛运动的关系分为3类:位移神经元在扫视前20毫秒开始放电,一直持续到扫视结束,故与扫视的位移成分相对应;振荡神经元每次发放56簇脉冲,每簇脉冲对应眼睛的1次振荡;扫视神经元则兼有前两者的放电特征,即在持续性放电的同时,还对应眼睛振荡产生几簇脉冲,而持续性放电能将眼睛维持在新位置上。

 

据王书荣介绍,按照神经元在鼻—颞向扫视(外直肌收缩)期间的放电行为,后两类神经元又各分成两个亚型:超前型神经元在扫视前8.1毫秒开始簇状放电,而滞后型神经元则在扫视后7.9毫秒开始簇状放电。但是,当扫视发生在颞—鼻向时(内直肌收缩),它们的簇状放电与扫视开始的时间关系也颠倒过来,即超前型神经元的放电滞后,而滞后型神经元的放电超前。电刺激对侧动眼神经核,只有滞后型神经元产生反向脉冲,表明它们投射到对侧脑区,以协调对侧眼的内直肌活动;而超前型神经元则不发生反应,因为它们直接投射到同侧眼外直肌上。

 

进一步研究表明,外展神经核又接受产生动眼指令的脑区调控。化学阻断两个视动震颤核团(扁豆核和基底视束核)的活动,外展核神经元持续性放电消失的同时,眼睛扫视的位移成分和视动震颤的慢相也一并消失。另一方面,阻断脑干中缝核复合体的活动时,外展核神经元簇状放电消失的同时,眼睛扫视的振荡成分和视动震颤的快相也一并消失。

 

相关成果文章公布在1015Neuroscience上。

 

 

王书荣

男,1940年出生,1964,中国科技大学生物物理系毕业;1978年,瑞士苏黎世大学脑研究所进修;1986-1998,生物物理研究所所长;1986-1990,中国生物物理学会理事长;1988-1997,中国科学院视觉信息加工开放研究实验室主任;1986现今为中科院生物物理研究所研究员。

 

主要研究领域:视觉神经科学,主要研究脊椎动物视觉信息加工的神经回路、细胞和分子基础,特别是视觉神经元的感受野形成和调控,运动感知,和视觉注意的神经机制。

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