用光学方法研究整体动物视觉皮层神经胶质细胞方位选择性机制

胶质细胞在脑功能的研究中被长期忽视，经典教科书中认为它们不能产生类似于神经元的动作电位，不主动参与皮层的信息整合与功能活动，是一群"沉默"的细胞。但近来国内外一系列离体实验表明，胶质细胞可以调节突触传递效率，甚至具备产生类似于LTP的学习记忆功能。近两年整体动物双光子成像揭示，星型胶质细胞对视觉和体感刺激具有钙流反应，其强度与选择性甚至强于神经元。加之胶质细胞在高等哺乳动物大脑中数量超过神经元，因此重新认识胶质细胞的脑功能意义重大。本项目将选择视觉皮层方位选择性研究为切入口，建立并运用目前最先进的整体动物双光子钙流成像和内源信号光学成像系统，借鉴并比较该领域在神经元研究中半个世纪以来大量涌现的理论与模型，研究星型胶质细胞的视觉皮层方位选择性及其可塑性、胶质细胞对神经元的作用等机制，发现神经胶质细胞的新知识，将皮层信息整合的认识拓展到超越神经元网络的、更广阔的范畴。

胶质细胞在脑功能的研究中被长期忽视，被认为是一群“沉默”的细胞。这一数量超过神经元的细胞在近年来被重新认识，已有的一些工作表明，它们具备积极地参与到脑功能中的能力，目前急需了解的是，它是如何发生作用的。功能可塑性是脑的核心功能之一，视觉系统的方位适应是其中一个经典的范式。我们以初级视觉皮层方位适应为切入口，通过特异性阻断星形胶质细胞的钙流反应，研究视觉皮层方位适应现象的变化。发现，在采用药理学或麻醉控制来阻断星形胶质细胞的功能反应后，原本强烈的方位适应现象完全消失，这一点在采用光学成像和电生理记录，在采用不同阻断手段，在不同的方位适应的刺激模式情况下，都无一例外。进一步的实验表明，这一作用发生在适应的建立过程中，而非被动的表现过程。以上结论揭示了胶质细胞在方位适应这一脑快速功能重组过程中的必要作用，从而为脑功能研究提供了另外一个视角，推动对胶质细胞新功能的深入认识。