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Nature新闻跑步有助于视力恢复

2018-12-06 23:53:26

Nature:跑步有助于视力恢复?

生物通报道:科学家们发现,奔跑能帮助小鼠恢复早期感觉剥夺(sensory deprivation)所造成的失明。这项研究发表在六月二十六日的eLife杂志上,阐明了大脑可塑性背后的具体过程,这种可塑性被认为是学习的基础。

五十多年前,神经生理学家David Hubel和Torsten Wiesel破解了将视觉信息传送到大脑的编码机制。他们还向人们展示,只有两只眼睛都接受足够的早期刺激,视觉皮层才能够正常发育。在关键时期剥夺一只眼睛的视觉,会导致弱视,甚至达到接近失明的状态。如果上睑下垂、白内障等出生缺陷没有及时纠正,就会造成上述问题。成年后再进行治疗不能完全恢复视力,整个恢复过程也很缓慢。

2010年,加州大学的神经科学家Christopher Niell和Michael Stryker发现,在奔跑时小鼠视觉皮层神经元对视觉刺激的应答增加了一倍多。Stryker指出,高速奔跑时掌握环境并调整方向更加重要,而休息状态的较低应答有助于保存能量。

视觉恢复

人们普遍认为,活动能够刺激大脑的可塑性。于是Stryker和同事Megumi Kaneko展开合作,分析了奔跑对视觉皮层可塑性的影响。他们在视觉发育的关键阶段,缝合了小鼠的一只眼睛,以诱导小鼠发生弱视。随后,他们打开小鼠的眼睛,并将它们分为两组,分别记录大脑的活动。(延伸阅读:Science:多启动子调控大脑的神秘结构)

一组小鼠一边在跑步机(treadmill)上奔跑,一边观看复杂的视觉图像。这一图像经过筛选,可以刺激小鼠初级视觉皮层的几乎所有细胞。另一组小鼠被关在笼子里,不接受额外的视觉刺激。

一周之后,在缝合眼睛所对应的皮层区域,奔跑小鼠的响应能力增强。两周之后,这一区域的应答能力就与正常小鼠差不多了。在不奔跑也不接受额外视觉刺激的小鼠中,视觉恢复很艰难,无法达到正常的应答水平。

进一步研究显示,奔跑和视觉刺激都不能独立产生这么好的效果。此外,接受特定图像刺激的小鼠,并没有增强对其他图像模式的应答,这说明在奔跑过程中只有视觉回路被激活。

“这一现象非常稳定,”加州大学的神经生物学家Massimo Scanziani说。“刺激的效果很强,可重复性也很高。”这项研究为人们提供了治疗弱视的一条潜在新途径。

生物通:叶予

生物通推荐原文摘要:

Sensory experience during locomotion promotes recovery of function in adult visual cortex.

Recovery from sensory deprivation is slow and incomplete in adult visual cortex. In this study, we show that visual stimulation during locomotion, which increases the gain of visual responses in primary visual cortex, dramatically enhances recovery in the mouse. Excitatory neurons regained normal levels of response, while narrow-spiking (inhibitory) neurons remained less active. Visual stimulation or locomotion alone did not enhance recovery. Responses to the particular visual stimuli viewed by the animal during locomotion recovered, while those to another normally effective stimulus did not, suggesting that locomotion promotes the recovery only of the neural circuits that are activated concurrent with the locomotion. These findings may provide an avenue for improving recovery from amblyopia in humans.

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