医学
视网膜神经节细胞与青光眼
这一发现将使研究人员更好地理解导致显著视力障碍的眼动障碍。
赫伯特·沃思姆视光学与视觉科学学院的研究人员发现了眼睛中关键的罕见神经元，这对于我们的视觉系统维持对世界的清晰、稳定的形象至关重要。这些发现将影响我们对人类视网膜的理解，并可能为眼动障碍的病理学提供见解。
最近发表在《自然》杂志上的研究由赫伯特·沃思姆视光学与视觉科学学院和海伦·威尔斯神经科学研究所的助理教授Teresa Puthussery博士领导。第一作者Anna Yao Mei Wang博士是Puthussery实验室的博士后学者。
在移动世界中的凝视稳定
所发现的神经元参与了日常视觉的一个基本特征。当一个人走在繁忙的街道上或者看着火车窗外时，凝视稳定系统在我们的意识之下运作，使眼睛能够反射性地跟随视觉场景移动的方向。这种视觉机制与前庭系统协同工作，以保持对移动世界的清晰形象。干扰凝视稳定的临床状况因此可能导致显著的视力障碍。
新的发现首次表明，在灵长类动物中，包括人类在内，支持凝视稳定的视网膜神经元也存在。将视觉信号从眼睛发送到大脑的神经元称为视网膜神经节细胞。在人类中，大约有20种不同类型的视网膜神经节细胞，每一种对视觉场景的特定特征(如形状、颜色和运动)作出反应。
研究人员发现了一种高度专门化的视网膜神经节细胞类型，称为方向选择性神经节细胞(DSGCs)。它们通过增加其活动来对视野中的运动作出反应，当运动发生在它们“偏好”的方向时，而对相反方向的运动几乎没有活动。这些神经元的集体反应告诉凝视稳定系统视觉场景的移动方向。
“特别是这种细胞类型(方向选择性神经节细胞)尽管经过了长时间的努力，以前在灵长类动物中尚未被发现，导致该领域得出结论认为它可能不存在，”加州大学伯克利分校杰出教授、美国国家科学院当选成员Marla Feller博士说道。Feller博士是视网膜回路发育和功能方面的专家。
在草堆中找到针
DSGCs在1964年由伯克利视光学院的另一位教职员工Horace Barlow及其同事在兔子的视网膜中发现。然而，几十年来，缺乏证据表明高等物种中存在DSGCs，导致科学家们推测灵长类动物的方向选择性是在大脑中计算的。但当新的证据出现，表明一些人类凝视稳定障碍可能与视网膜中DSGCs的异常活动有关时，Puthussery的实验室重新努力寻找它们。“那是一个转折点。我们认为DSGCs必须存在，但它们在视网膜神经节细胞中所占比例很低。我们的挑战是如何找到草堆中的针，”Puthussery博士说道。
研究人员采用了多管齐下的方法来克服这一问题。首先，他们利用最先进的基因工具的数据来追踪具有类似于其他动物中DSGCs的分子特征的视网膜神经元。然后，研究人员用荧光标记这些神经元，以显示它们具有预期的解剖特征。最后，团队建立了一个定制的成像系统，以跟踪数百个视网膜神经节细胞的活动，并显示荧光标记的细胞对特定方向的图像作出选择性反应。这种分子、解剖和功能证据的结合为长期寻找的DSGCs提供了明确的识别。
“Puthussery实验室成功地做到了其他人未能做到的，这是因为他们的新颖方法，”Feller博士说道。她继续说道，“我还要强调数据的高质量，这对于这样一个突破性的发现至关重要。”
对常见视觉障碍的新见解
这些发现将使研究人员更好地了解视网膜机制如何影响正常视觉系统中的凝视稳定以及导致不稳定凝视的疾病。例如，眼球震颤是眼睛的重复性、不受控制的运动，可能导致不稳定和模糊的视力。眼球震颤可以单独发生，也可以伴随其他眼部问题，如白化病和某些遗传性视网膜疾病。虽然许多眼球震颤形式是由大脑或内耳问题引起的，但这项研究的结果表明，一些眼球震颤形式可能源自视网膜中DSGCs的异常活动。
展望未来：检测致盲疾病
总的来说，这些结果生动地展示了一种罕见的视网膜神经节细胞类型可能对我们整体视觉体验产生深远影响。本研究中使用的方法现在可以应用于确定其他人类神经节细胞类型的作用，这些细胞的功能目前尚不清楚。这将是朝着设计更敏感的测试以检测导致神经节细胞退化的致盲疾病的重要一步，如青光眼，这种疾病影响全球8000万人，是不可逆转的失明的主要原因。例如，如果在青光眼早期损坏了方向选择性神经节细胞，眼球运动的变化可能作为早期损害的客观生物标志。
值得注意的是，所有患有青光眼的人中有一半都不知道自己患有这种疾病。最终，检测神经节细胞活动的早期变化对于诊断疾病并预防我们老龄人口的视力丧失至关重要。