4月2日，Current?Biology在線發(fā)表題為《瞬時(shí)撤光型α視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞介導(dǎo)逼近視覺刺激觸發(fā)的本能防御反應(yīng)》的研究論文，該研究由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類腦研究中心研究員張翼鳳課題組攻關(guān)完成。該研究通過篩選瞬時(shí)撤光型α視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的分子標(biāo)志物并構(gòu)建可標(biāo)記及操控該細(xì)胞的轉(zhuǎn)基因小鼠，發(fā)現(xiàn)此類細(xì)胞能夠編碼逼近視覺刺激的大小，并介導(dǎo)了逼近視覺刺激觸發(fā)的小鼠本能防御反應(yīng)。該研究首次找到了標(biāo)記瞬時(shí)撤光型α視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的分子標(biāo)志物，并證明此類神經(jīng)元構(gòu)成了視網(wǎng)膜中的一條警報(bào)專線，通過皮層下通路快速引起小鼠的防御反應(yīng)。

大腦的視覺系統(tǒng)使人感知到外部的視覺環(huán)境；其還具有其他更保守的功能（如感受晝夜節(jié)律、調(diào)控情緒、介導(dǎo)一些本能行為等）。視覺系統(tǒng)提供這些功能使用的信息編碼策略和傳統(tǒng)視覺感知中的編碼策略存在區(qū)別嗎？組合編碼是傳統(tǒng)視覺感知的編碼方式，可為大腦提供清晰而完整的圖像，但這種方式具有反應(yīng)時(shí)間慢、處理信息冗余等缺點(diǎn)。視覺系統(tǒng)中是否具有另外一種快速編碼的方式？是否通過一條警報(bào)專線將特定關(guān)鍵信息快速轉(zhuǎn)遞給大腦并觸發(fā)行為？這些是重要的科學(xué)問題。

為了研究上述問題，研究團(tuán)隊(duì)選取了逼近視覺刺激引發(fā)小鼠逃跑或僵直行為的范式。團(tuán)隊(duì)猜想，在小鼠快速逃離捕食者的行為中，存在一條警報(bào)專線將危險(xiǎn)信息傳送到大腦，之后引起快速的防御行為。如何找到這條警報(bào)專線是該研究的難點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)從小鼠的視網(wǎng)膜入手，并認(rèn)為小鼠的眼睛里有這條專線的開始端，若找到這個(gè)開始端，后面的通路則會(huì)如抽絲剝繭般一步步被找到。

該研究認(rèn)為，小鼠視網(wǎng)膜中一類非常保守的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞可能是這一警報(bào)專線的開端。此類α視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞從一開始就被發(fā)現(xiàn)具有與眾不同的特性——此類細(xì)胞具有巨大的胞體和寬廣的樹突叢，使它們像雷達(dá)天線一樣可以大面積地搜索視野中的信息。同時(shí)，它們通過粗壯的軸突將電信號傳送到大腦。這些如電纜般能夠以最快速度傳遞信號的軸突使它們成為了這條警報(bào)專線的首選。但是，長期以來對此類炙手可熱的明星細(xì)胞的研究相當(dāng)緩慢，因?yàn)榭蒲腥藛T雖可以看到此類細(xì)胞、聽到它們傳來的信號，但始終無法在數(shù)以萬計(jì)的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中將它們?nèi)刻舫鰜恚瑹o法在沒有其他細(xì)胞干擾的情況下讓它們按照科研人員的想法做出特定反應(yīng)，從而精確探索它們的功能。

張翼鳳團(tuán)隊(duì)篩選出瞬時(shí)撤光型α細(xì)胞的分子標(biāo)記-Kcnip2基因，首次“捕獲”了此類細(xì)胞。研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了Kcnip2轉(zhuǎn)基因小鼠。通過轉(zhuǎn)基因小鼠，將此類細(xì)胞點(diǎn)亮，讓它在眾多細(xì)胞中脫穎而出，更易被研究人員看到；也可通過光遺傳學(xué)的方式來操控此類細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)對此類野生細(xì)胞的“馴服”。

研究團(tuán)隊(duì)探索此類細(xì)胞是不是報(bào)告給大腦有捕食者逼近的警報(bào)專線。他們首先靶向記錄了此類細(xì)胞的反應(yīng)，當(dāng)給予一個(gè)模擬捕食者迎面撲來的視覺刺激時(shí)，此類細(xì)胞對這種逼近的視覺刺激具有很強(qiáng)的反應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，此類細(xì)胞可以編碼逼近視覺刺激的大小，通過動(dòng)作電位的頻率報(bào)告給大腦：危險(xiǎn)正在靠近！僅能夠記錄到此類細(xì)胞向大腦傳輸?shù)拿孛苄盘柸圆粔?，研究團(tuán)隊(duì)還要偽造這樣的信號，通過控制此類細(xì)胞的活動(dòng)，向大腦傳輸假信號。當(dāng)他們激活此類細(xì)胞，使其向大腦發(fā)出緊急危險(xiǎn)信號時(shí)，大腦信以為真了，快速控制小鼠做出逃跑或僵直的防御行為來保命。研究團(tuán)隊(duì)不僅能夠激活此類細(xì)胞，還可以讓此類細(xì)胞沉默，在看到危險(xiǎn)刺激時(shí)也發(fā)不出警報(bào)信號。再給予小鼠逼近的視覺刺激時(shí)，小鼠竟然和沒看到危險(xiǎn)一樣，還是閑庭漫步的游蕩，沒有一點(diǎn)害怕的感覺。

通過實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)證明了小鼠視網(wǎng)膜存在由瞬時(shí)撤光型α細(xì)胞構(gòu)成的警報(bào)專線，可將危險(xiǎn)信號快速傳遞到大腦，引起動(dòng)物的防御行為。該研究為大腦的快速信息編碼提供了環(huán)路基礎(chǔ)，而且有助于深入理解大腦編碼外界刺激的方式。生物界的這種信息傳輸模式也給人類社會(huì)帶來了啟示：對于危險(xiǎn)的特定刺激，人類不僅需要廣泛的信息輸入，更需要一條特殊專線進(jìn)行快速?zèng)Q斷。猶如軍隊(duì)首領(lǐng)不能通過每天的新聞獲取敵情，軍隊(duì)里需要有在最前線的特殊偵察系統(tǒng)。

該研究由博士生王飛與課題組的李額、德雷和吳啟文在張翼鳳的指導(dǎo)下完成，并得到課題組其他成員的積極參與，也獲得腦智卓越中心孫衍剛、許曉鴻和徐華泰課題組的大力支持。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部、上海市的資助。

　　通過篩選分子標(biāo)志物和構(gòu)建轉(zhuǎn)基因小鼠，可以標(biāo)記并操縱瞬時(shí)撤光型α視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（上）。當(dāng)給予逼近視覺刺激時(shí)，此類細(xì)胞可以編碼逼近視覺刺激的大小（中）。通過光遺傳學(xué)的方法激活此類細(xì)胞，可以引發(fā)小鼠逃跑到安全地方的本能防御行為（左下），而抑制此類細(xì)胞的活動(dòng)時(shí)，哪怕給予危險(xiǎn)的逼近視覺刺激，小鼠仍正?；顒?dòng)（右下）

來源：中科院