一项新的研究表明，一种古老的大脑电路使眼睛能够在身体倾斜时反射性地向上旋转，并在动物发育早期进行自我调整。这项研究由纽约大学格罗斯曼医学院的研究人员领导，探讨了脊椎动物（包括从原始鱼类到哺乳动物）如何在移动时稳定凝视。它们使用一种将耳朵内的平衡（前庭）系统感知到的任何方向变化瞬间转化为眼睛反向运动的大脑电路。
这种被称为“前庭眼反射”的电路使得周围环境的稳定感知成为可能。当这个电路受损（如因创伤、中风或遗传疾病）时，人在头部或身体移动时可能会感到世界在跳跃。在成年脊椎动物中，该电路和其他大脑电路通过视觉和平衡器官的感觉反馈进行调整。然而，本研究的作者惊讶地发现，在新生儿中，感觉输入并不是反射电路成熟的必要条件。
该研究于1月2日在线发表在《科学》杂志上，实验对象是斑马鱼幼体，它们具有类似于人类的凝视稳定反射。斑马鱼透明的身体使研究人员可以直接观察神经元成熟的过程，以了解新生斑马鱼首次在身体倾斜时适当旋转眼睛的变化。
“发现前庭反射是如何形成的，可能帮助我们找到新的方法来对抗影响平衡或眼动的病理。”该研究的高级作者、纽约大学兰贡健康中心耳鼻喉科-头颈外科、神经科学与生理学系及神经科学研究所副教授David Schoppik博士说。
为了测试长期以来认为反射是由视觉反馈调整的假设，研究团队发明了一种装置，通过倾斜斑马鱼的身体并监测其眼睛的反应来诱发反射。这些斑马鱼自出生以来就是失明的。研究团队观察到，这些盲鱼在倾斜后反向旋转眼睛的能力与能够看见的幼体相当。
尽管过去的研究表明，感觉输入有助于动物学习如何在其环境中正确移动，但新工作表明，这种前庭眼反射的调整只有在反射完全成熟后才会发挥作用。令人惊讶的是，另一组实验显示，即使没有来自感知重力的前庭器官——球囊的感觉输入，反射电路也能在发育过程中达到成熟。
由于前庭眼反射可以在没有感觉反馈的情况下成熟，研究人员推测，大脑电路中最慢成熟的部分决定了反射的成熟速度。为了找到这个限制速度的部分，研究团队在给斑马鱼进行瞬时身体倾斜的过程中测量了整个发育过程中神经元的反应。
研究人员发现，电路中的中枢神经元和运动神经元在反射完全发育之前就表现出成熟的反应。因此，电路中最慢成熟的部分不可能像以前认为的那样位于大脑中，而是在神经肌肉接头处——即运动神经元与控制眼球运动的肌肉细胞之间的信号空间。一系列实验表明，只有神经肌肉接头的成熟速度与斑马鱼改善反向旋转眼睛能力的速度相匹配。
展望未来，Schoppik博士的团队获得了资助，以研究他们新详细描述的电路在人类疾病中的作用。正在进行的工作探索了运动神经元和神经肌肉接头发育失败如何导致眼动系统疾病，包括常见的眼睛错位（俗称斜视或斗鸡眼）。在前庭眼反射电路中，紧接运动神经元上游的是中间神经元，它们雕刻传入的感觉信息，并整合眼睛看到的信息与平衡器官的信息。Schoppik博士的另一个资助项目旨在更好地理解这些细胞的功能在平衡电路发育过程中如何被破坏，目标是帮助美国约5%正在与某种形式的平衡问题作斗争的儿童。
“了解前庭电路出现的基本原理是解决不仅平衡问题，还有发育性脑疾病的先决条件。”该研究的第一作者Paige Leary博士说。她曾在Schoppik博士的实验室担任研究生领导这项研究，但已离开该机构。
除了Schoppik博士和Leary博士，该研究的作者还包括纽约大学兰贡健康中心耳鼻喉科-头颈外科、神经科学与生理学系及神经科学研究所的Celine Bellegarda、Cheryl Quainoo、Dena Goldblatt和Basak Rosti。该研究得到了美国国立卫生研究院下属国家耳聋及其他沟通障碍研究所的R01DC017489和F31DC020910资助，以及国家神经疾病和中风研究所的F99NS129179资助。美国国家科学基金会也通过研究生奖学金DGE2041775支持了该研究。
(全文结束)
