中国科学院神经科学研究所
    树突发育与神经环路形成研究组
研究方向

1、自然感觉刺激对感知觉神经环路形成的调节作用
        大脑的正常认知功能依赖于其复杂而精细的神经网络。来自环境的刺激,特别是自然的感觉刺激,对大脑皮层的多个脑区中神经元的生长、突触的形成,以及神经网络的建立至关重要。感觉输入不仅可以影响其对应感觉皮层的功能,而且可以通过跨模态机制影响其他感觉皮层的功能。然而,前人关于跨模态可塑性机制的研究主要集中在成年个体上,基本没有涉及发育早期的机制。为了研究自然感觉刺激对大脑皮层的调节,我们建立了对新生小鼠进行感觉刺激或剥夺的行为范式。发现从出生起对小鼠进行触觉或视觉剥夺,不仅影响了对应大脑皮层的发育,而且还减缓了其他感觉皮层的发育,而通过丰富环境饲养增加自然感觉刺激可以促进多个感觉皮层的发育。该研究揭示了一种新型的发育早期感觉经验依赖的感觉皮层跨模态可塑性机制,并发现了催产素这种由下丘脑分泌的神经肽是介导该跨模态可塑性的关键分子。在拟开展的工作里,将深入研究催产素调节大脑皮层神经环路的分子机制与形态基础,以及下丘脑催产素分泌神经元的上下游神经投射与相关环路。催产素,由于其对社交功能的促进作用,已成为孤独症治疗的热点分子之一。鉴于孤独症患儿经常伴随有感觉输入的异常,可否通过自然感觉刺激在体增加催产素的表达,从而促进这些儿童的大脑发育,也是本研究组感兴趣的研究方向。

2、树突棘修剪的分子机制
        树突棘是位于神经元树突分枝上的微小突起结构,是兴奋性突触后的主要结构基础。树突棘的大小、形状和密度反映了脑内突触的数量与状态。发育早期,树突棘与突触的数目快速增加,当个体进入青春期时,神经网络会进行优化,达到最佳的信息传递与储存效果。神经网络的精确化主要表现为树突棘总数目的减少。这一“树突棘修剪”的过程对于大脑正常功能的行使至关重要,但介导该过程的分子机制并不清楚。我们近期的工作中发现了树突棘修剪过程中决定树突棘命运的关键分子:cadherin/catenin细胞粘附复合物。通过在单个树突棘的水平进行分子与光遗传操纵,发现相邻树突棘间cadherin/catenin 复合物竞争依赖的再分布导致了其命运分化:竞争到更多 cadherin/catenin 复合物的树突棘变得稳定、成熟,而失败的一方则被修剪。基于胞内有限资源的竞争模型为树突棘修剪的特异性提供了分子层面的解释,可能是生物系统发育的普遍性策略。鉴于孤独症谱系障碍、精神分裂症等发育性神经系统疾病均被报道有树突棘修剪异常,拟在上述疾病的动物模型中研究其树突修剪是否存在异常,及树突棘修剪异常与疾病致病机理的相互关联。 




于 翔 博士

研究组组长、高级研究员
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