 重点推荐 扫码下载《动物行为实验手册》pdf 哺乳动物的视网膜通常被认为是一个自主的回路，它接收来自大脑的输入。这些输入如何影响视网膜处理一直是个谜。 基于此，2024年8月28日以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所脑科学系Michal Rivlin-Etzion研究团队在Science Advances杂志发表了“Top-down modulation of the retinal code via histaminergic neurons of the hypothalamus”揭示了通过下丘脑组胺能神经元对视网膜编码的自上而下调节。
在体外应用组胺改变了各种视网膜节细胞（RGCs）的活动，包括对高运动速度产生反应的方向选择性RGCs。这样的变化可以改善对快速移动物体（例如，跑步时）的视觉，这与已知的在唤醒期间组胺能神经元活动增加相符合。一种抗组胺药物减少了自由移动小鼠对高速移动刺激的视动反应。在人类中，同样的抗组胺药物不均匀地调节了整个视野的视觉敏感性，表明组胺系统的进化保守功能。视网膜编码指视网膜将光刺激转化为电信号的过程，这些信号随后被传递到大脑进行处理。视网膜编码是视觉系统的第一步，对于感知外界视觉信息至关重要。作者的发现揭示了大脑-视网膜投射在调节视网膜功能方面的一个以前未被重视的作用。
图一 视网膜由下丘脑结节乳头核（TMN）产生的组胺能纤维所支配 作者在野生型小鼠的TMN单侧注射了携带荧光标记的腺相关病毒探究视网膜内神经纤维的存在及其起源。免疫染色显示，这些神经元中有一些也对组胺能细胞的特异性标记-组氨酸脱羧酶（HDC）呈阳性，HDC是催化组胺合成最后一步的酶。除了被标记的细胞体，在TMN已知的所有目标区域，视网膜也检测到了被标记的轴突，少数轴突从视盘出现并支配视网膜。在HDC-Cre小鼠中，作者向TMN注射了一种依赖Cre的AAV，该AAV编码荧光标记。荧光细胞仅限于TMN区域，并对HDC免疫反应。组胺能视网膜内神经投射的存在表明，视网膜神经元可能受到自上而下的神经调节影响，这些影响作用于视觉处理的早期阶段。
图二 组胺能够增加视网膜神经节细胞（RGCs）的基线放电率 鉴于组胺能轴突支配视网膜，作者进一步探究组胺对视网膜神经节细胞（RGCs）放电率的影响。使用MEA（微电极阵列）记录系统地研究了组胺应用对RGC层中尖峰神经元基线放电率的影响，5 μM的组胺明显增加了它们的基线放电率。对组胺有反应的RGCs包括具有ON、OFF和ON-OFF极性偏好的各种亚型，这些是通过在添加组胺之前呈现全视野刺激来表征的。对表达GCaMP6f的RGC层神经元进行了双光子钙成像。阻断H2R和H3R并未改变对组胺有反应的RGCs的百分比，但任何包含H1R阻断剂的混合物都减少了反应性RGCs的百分比，表明组胺对RGCs基线活动的影响主要由H1R介导。不同RGCs的反应时间在同一实验中有所不同，背侧和腹侧视网膜中显著增加其基线活动的RGCs比例没有差异。
图三 组胺能神经元调节DSGCs（方向选择性视网膜神经节细胞）活动 作者在麻醉小鼠的视神经束中使用Neuropixels探针记录了RGC轴突的活动。在实验前3到4周，作者将病毒注射到HDC-Cre小鼠的TMN，小鼠在注射CNO之前和之后，被呈现以2、4和8 Hz的时间频率移动的光栅（分别对应26.6°、53.2°和106.4°/s）。作者分析了通过FFT计算的平均PSTH对PD运动的响应的第一个谐波幅度。DSGC在组胺能神经元激活后，对快速移动刺激的响应能力增加。鉴于DSGC在OMR（视动反射）中建立的作用，这是一种补偿视觉场景变化的反射，量化了组胺对小鼠追踪不同速度（从6°到35°/s，对应0.9到5.25 Hz）全局移动光栅能力的影响。作者发现OMR指数（即小鼠追踪移动刺激能力的度量）在使用H1R拮抗剂后显著下降。值得注意的是，这种减少是可逆的，因为OMR恢复正常。这些结果表明组胺能神经元可以调节视网膜输出，特别是DSGC的速度调谐。  总结 作者证明了OMR（视动反射），一种需要功能性DSGC的视觉引导行为，在自由移动小鼠中给予抗组胺药物后在高速下减弱。最后发现同样的抗组胺药物对人类的视觉敏感性产生了不均匀的影响，表明这一途径在物种间是进化保守的。作者的结果通过下丘脑组胺能神经元对视网膜编码进行自上而下的调节，揭示了大脑如何动态地调整视觉信息处理的方式。  DOI:10.1126/sciadv.adk4062  找实验方法，上脑声常谈   欢迎加入 动物模型构建与行为评估交流群 扫码邀请入群 方法检索教程 |
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