小鼠视皮层不同片层发育可塑性特异性的研究

临床治疗儿童弱视是根据视觉发育关键期的生理学原理而进行的，处于关键期的治疗，视功能改善最为明显。视皮层眼优势柱发育关键期的确定是将动物施以单眼缝合，再比较剥夺眼和非剥夺眼所支配皮层上所有片层细胞对视觉刺激的改变，但很少区分生后发育中不同片层细胞对视觉剥夺反应的差异性。我们以往的研究发现了视皮层第4层和第2/3层呈现不同特征的发育可塑性。为进一步明确各片层神经可塑性的特异性及生理学机制，本课题以小鼠为模型，分别用视皮层的脑切片和整体动物视皮层来研究生后发育过程中，接受外膝体传入的第4 层、接受主要信息传入的第2/3 层、以及主要信息传出的第5 层中兴奋性突触可塑性的变化；不同片层内部抑制神经突触可塑性的变化；视觉经验丧失对各片层中的兴奋性神经突触和抑制性神经回路的影响, 并探讨不同片层眼优势柱发育关键期的差异。为将来选择性激活视皮层特定片层可塑性提供实验证据,为临床治疗提供更深入的理论依据。

脑皮层按细胞形态可分为6层结构。 研究视皮层细胞功能通常是采集视皮层所有细胞对视觉刺激的反应，而很少区分不同片层细胞对视觉反应的差异性。我们以往的研究发现了在生后发育过程中视皮层第 4 层和第 2/3 层呈现不同特征的发育可塑性。本课题进一步研究了不同片层可塑性的特异性及机制。以小鼠为模型，用视皮层的脑片上研究了生后发育过程中，接受外膝体传入的第 4 层、接受主要信息传入的第 2/3 层、以及主要信息传出的第 5 层中抑制性突触可塑性的变化，同时研究视觉经验剥夺各片层中的兴奋性神经突触和抑制性神经可塑性发生的相应改变。.1，视皮层的抑制神经突触的生后发育成熟要晚于兴奋性神经细胞突触的成熟。暗室饲养的动物视皮层的抑制神经突触生后发育需要更长的时间，说明正常的视觉刺激是抑制神经突触成熟所必须的，我们发现视觉刺激可诱导内源性大麻醇的分泌，从而促进抑制神经突触发育成熟。由视觉刺激诱发内源性大麻醇的分泌调控第2/3 层和第5层的抑制神经元生后发育成熟，但第4 层中的抑制神经突触生后发育成熟并不需要视觉刺激。 表明视皮层各个片层中抑制神经突触生后发育的特异性。.2，以前多数的研究发现视觉皮层从第4层到 2/3的LTP是NMDA受体依赖性的， 而不是代谢性谷氨酸受体(mGluR5)依赖，暗室饲养（剥夺视觉传入）可使LTP增强， 但仍然是NMDA受体依赖性的。我们发现： 暗室饲养的小鼠重新曝光至10-12 小时，LTP却转化为LTD，此时如果将NMDA受体阻断，又诱发新的LTP，这种新增的LTP是mGluR5依赖性的，说明短暂的新的视觉经验可以导致第4层到 2 /3的兴奋性突触连接的再次增强。该项研究提示：神经突触可以被新的环境经验所强化，但采用了不同的细胞学机制。.３，下丘脑分泌食欲素-Orexin的神经纤维投射到视皮层，但功能一直不清楚。我们发现Orexin仅仅能够增强视皮层第6层某些细胞的电活动，说明含有Orexin的纤维只投射到视皮层的第6层。进一步研究发现Orexin直接增强皮层白质到第6b层细胞（orexin sensitive neuron）传入的突触传递、增强视皮层上第2/3层到第6b层细胞传入的突触传递，表明接受Orexin传入纤维的神经细胞位于皮层的第6层，Orexin 除了直接兴奋第6 层细胞，同时加强从白质或者从第2/3层到第6层的兴奋性传入。