澎湃新聞從北大獲悉，北大生命科學(xué)學(xué)院、麥戈文腦研究所、定量生物學(xué)中心、生命科學(xué)聯(lián)合中心羅冬根研究員團隊發(fā)現(xiàn)“一細胞，兩遞質(zhì)，兩視覺功能”的神經(jīng)機制。

10月25日，該團隊的研究成果以“A single photoreceptor splits perception and entrainment by cotransmission”為題，在《自然》發(fā)表。該項工作不僅促進了領(lǐng)域內(nèi)對視覺形成和生物節(jié)律的理解，也為“一細胞，兩遞質(zhì)”研究提供了新的范式和思路。

研究團隊介紹，神經(jīng)細胞經(jīng)特殊的連接點——突觸聯(lián)接起來所組成的神經(jīng)環(huán)路，是神經(jīng)系統(tǒng)（腦）的基本功能單元，其細胞間信號的傳遞通過釋放某種化學(xué)物質(zhì)（神經(jīng)遞質(zhì)）來實現(xiàn)。不同的神經(jīng)細胞釋放不同的遞質(zhì)，從而行使不同的功能。

視覺最重要的功能是分辨圖像（圖像視覺），而另一些功能（非圖像視覺）也起著重要輔助作用，如對晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié)等。

研究者們很早就認識到，視覺系統(tǒng)這兩種功能分別通過兩類感光細胞來實現(xiàn)：一類解析局部反差，一類解析整體光亮度；同時近年的研究表明，產(chǎn)生局部反差的感光細胞也能傳遞整體光亮度，但其神經(jīng)機制尚不清楚。

羅冬根團隊的論文報道了在果蠅中局部反差和整體亮度信號可通過同一感光細胞同時釋放兩種遞質(zhì)來產(chǎn)生。

研究中，羅冬根團隊應(yīng)用國際領(lǐng)先的果蠅大腦神經(jīng)元的單電極及多電極膜片鉗電生理記錄技術(shù)揭秘了復(fù)眼調(diào)節(jié)生物節(jié)律的神經(jīng)機制，發(fā)現(xiàn)果蠅復(fù)眼的一種感光細胞同時釋放組胺和乙酰膽堿作為神經(jīng)遞質(zhì)，其中組胺介導(dǎo)精細的運動視覺，而乙酰膽堿則通過作用于該團隊新發(fā)現(xiàn)的傘形神經(jīng)元（AMA神經(jīng)元)來調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律。每個AMA神經(jīng)元的樹突像巨傘一樣延伸覆蓋了整個視覺腦區(qū)，且不同AMA間通過突觸連接在一起，從而整合大視野光亮度信息。

這種特性對于非圖像視覺功能的實現(xiàn)很理想，而組胺和乙酰膽堿間還存在相互調(diào)控。這些重要發(fā)現(xiàn)提示，果蠅視覺信號的分離源于視覺信號發(fā)生的最初階段（光感受細胞以一個細胞釋放兩種遞質(zhì)），是一種新的視覺信號傳遞模式（見下圖）。

R8感光細胞分離圖像和非圖像視覺的神經(jīng)機制。圖片來自論文

研究團隊表示，該工作揭示了在某遞質(zhì)（如果蠅的組胺）無相反電信號受體的條件下，感光細胞高效分離視覺信號的策略，極大促進了領(lǐng)域內(nèi)對視覺形成和生物節(jié)律的理解。另外，哺乳動物很多腦區(qū)也有“一細胞，兩遞質(zhì)”現(xiàn)象，但其生理功能還鮮為人知，故該工作還為“一細胞，兩遞質(zhì)”的研究提供了新的范式和思路。