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摘要为什么同一类或不同类的脊椎动物之间的脑回路存在差异？回答这个问题对于理解大脑的组织结构和进化过程至关重要。这些研究主要集中在哺乳动物和某些模式系统上。常见的研究领域包括细胞死亡、突触修剪以及突触组织蛋白。目前尚不清楚这些因素或其他因素是否在爬行动物等其他脊椎动物中形成了类似的
摘要
为什么同一类或不同类的脊椎动物之间的脑回路存在差异？回答这个问题对于理解大脑的组织结构和进化过程至关重要。这些研究主要集中在哺乳动物和某些模式系统上。常见的研究领域包括细胞死亡、突触修剪以及突触组织蛋白。目前尚不清楚这些因素或其他因素是否在爬行动物等其他脊椎动物中形成了类似的脑回路。本研究考察了鳄鱼中一个特定回路的发育过程，并将其与哺乳动物中的类似回路进行了比较。在哺乳动物中，大脑皮层区域会直接向下丘脑的同一核团投射，而该核团正是这些皮层区域的输入来源。然而，在爬行动物中，接收来自下丘脑输入的皮层区域并不会直接向下丘脑核团投射，而是向基底核团投射，这部分类似于哺乳动物的纹状体。基底核团再重新向下丘脑投射。这表明这种回路可能在爬行动物中已经消失，或者在哺乳动物中新增加了。为了确定这两种可能性中的哪一种是正确的，研究人员研究了鳄鱼胚胎和幼年鳄鱼中这一回路的发育过程。结果表明，细胞死亡导致了这种回路的丧失，这可能是造成这种差异的原因。不过，目前还无法区分是神经元死亡还是轴突重塑导致了这一现象。
引言
脑回路不仅是中枢神经系统组织的重要因素，也对大脑进化有着重要影响。不仅同一类内的物种之间存在脑回路差异，不同类的物种之间也存在差异[1]、[2]、[3]。对这些差异的解释尚未完全明了。通过研究脑回路的发育过程，可以理解正确的纤维路径是如何形成的。
胚胎发生期间脑通路的形成已经得到了广泛研究。多种因素影响回路的发育，使轴突能够到达正确的目的地。其中包括：细胞死亡[4]、[5]；突触修剪（包括胶质细胞的影响[6]、[7]、[8]、[9]、[10]；以及突触组织蛋白[12]。尽管大多数相关研究都集中在哺乳动物和某些模式系统上，但目前尚不清楚这些在哺乳动物中起作用的机制是否同样适用于爬行动物。
为了直接探讨这个问题，研究人员研究了一个已详细记录的前脑回路的发育过程。目的是确定爬行动物中的这一回路与哺乳动物中的类似通路之间的差异是否可以通过已知的哺乳动物相关机制或其他因素来解释。
在哺乳动物中，大脑皮层区域会向下丘脑的同一核团投射[13]。但在爬行动物中情况并非如此。在爬行动物中，大多数下丘脑核团会向一个称为背侧脑室嵴（dorsal ventricular ridge）的端脑皮层结构投射[14]。然而，背侧脑室嵴并不会将其轴突直接发送回下丘脑，而是将这些轴突终止在基底核团[15]、[16]、[17]、[18]。基底核团起源于腹侧皮层下层（ventral subpallium）[19]和伏隔区（accumbens area）[20]，这部分结构与哺乳动物的纹状体（striatum）和苍白球（globus pallidus）具有相似性。基底核团随后再向下丘脑投射[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]。
那么，是什么导致了爬行动物和哺乳动物之间这一回路的差异呢？是爬行动物失去了这一回路，还是哺乳动物新增加了这一回路？还是另有其他原因？以下关于爬行动物中这一回路发育过程的观察结果提供了答案。
章节片段
概述
本研究使用了之前描述过的数据集[28]，但探讨了将神经生物素（neurobiotin）注入间脑后，神经元分布情况的一个完全不同的方面。本报告确定了背侧腹侧区域中逆向标记神经元的位置和分布情况，而另一项研究[28]则研究了丘脑-端脑之间的连接发育过程。这些实验已经得到了印第安纳大学动物使用委员会的批准（协议编号10516）。
细胞形态
背侧腹侧区域中逆向标记的细胞在外观上存在差异（图1）。研究人员识别出了三种不同的细胞形态（图1），并在相应图表（图2、图3、图4）中标出了它们的位置。这些细胞被分为三种类型：类型1、类型2和类型3。类型1的细胞呈圆形且染色较深（图1A）；类型2的细胞也呈圆形但染色较浅（图1B）；类型3的细胞染色较深且具有附属结构（图1C）。在极少数情况下，附属结构的近端部分...
讨论
本研究旨在探讨为什么爬行动物缺乏从背侧脑室嵴到下丘脑核团的直接通路。在将神经生物素注入前脑或间脑后，研究人员观察了背侧腹侧区域或其前体结构（腹侧皮层下层）中是否存在逆向标记的神经元。鳄鱼的背侧腹侧区域与其他蜥臀目动物（sauropsids）的背侧脑室嵴属于同一结构[34]。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能会影响本文的研究结果。
致谢
T. Zhu和Y-W. Ruan负责胚胎大脑的切割和染色工作。洛克菲勒野生动物保护区（Rockefeller Wildlife Refuge）以及路易斯安那州野生动物与渔业部门（Louisiana Department of Wildlife and Fisheries）提供了鳄鱼卵。DENLABS提供了数据分析和手稿准备的设施与资源。
Michael B. Pritz
