Nature：果蝇眼睛中的光受体细胞如何处理多任务

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题目：A single photoreceptor splits perception and entrainment by cotransmission

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2023年10月25日

通讯作者单位：北京大学

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06681-6

主要内容：

果蝇视觉系统中的一种光敏细胞响应相同的光信号传输两种化学信使组胺和乙酰胆碱。这两种分子作用于具有不同功能的不同神经元：一种类型产生图像，另一种类型使生物节律与昼夜循环同步。

在光检测过程中，信号被光感受器（眼睛中的光敏细胞）捕获并由大脑解释，以创建图像并实现潜意识的视觉功能，例如各种生物节律与日常明暗周期的同步（即昼夜节律的光夹带）。视觉系统具有图像形成的途径，该途径基于对局部对比度（深色和浅色物体之间的差异）的感知以及基于全局辐照度的与图像形成无关的任务的单独机制— 环境的平均光强度。虽然有两个光感受器群体分别指导图像形成和其他视觉任务，但专门用于图像形成的光感受细胞也有助于哺乳动物和果蝇（果蝇黑腹果蝇)。然而，图像形成途径如何在功能上将辐照度信号与对比度信号区分开来的神经基础尚不清楚。

果蝇是视觉研究的流行模型。通过使用一种称为膜片钳电生理学的技术测量单个细胞中的离子电流，作者测试了果蝇大脑中协调生物钟的150个神经元中每个神经元的光响应。然后，作者分析了这些中央时钟神经元是否以及如何接收来自复眼中形成图像的感光细胞的辐照信号 - 复眼是果蝇的三种眼睛结构之一。令作者惊讶的是，即使在没有组胺的情况下，中央时钟神经元也会对复眼的昏暗光刺激做出反应，组胺是复眼中唯一已知的神经递质。作者发现，在复眼的八种感光细胞中，只有对蓝色敏感的pR8和对绿色敏感的yR8感光细胞通过另一种称为乙酰胆碱的神经递质将辐照信号传递到中央时钟神经元。防止组胺的传递会损害由 pR8 和 yR8 光感受器驱动的运动检测（一种图像形成视觉），而防止乙酰胆碱传递会影响昼夜节律钟光夹带。    

简而言之，每个 R8 光感受器从同一个突触前末梢（释放神经递质的细胞突起）传递组胺和乙酰胆碱，这些信使作用于两种不同类型的突触后（神经递质接收）视觉神经元，它们表达不同的受体（图 1）。其中之一就是作者所说的AMA神经元，它只表达乙酰胆碱受体。每个 AMA 神经元支配大约 100 个视觉列（将来自复眼中单个视觉单元的光感受器的信号分组的结构），并接收来自 pR8 和 yR8 光感受器的辐照度输入。因此，AMA神经元整合了来自不同方向和波长的光的辐照度输入。

此外，这些神经元在化学和电学上相互连接，能够对全球辐照度水平进行求和和平均，以减少辐照度局部波动的影响。最后，来自R8光感受器的乙酰胆碱传输需要来自共传递组胺的负离子自分泌（作用于同一受体）反馈，这通过减弱光相期间神经递质的释放来防止乙酰胆碱的消耗（图1）。

作者的研究首次表明，感知和潜意识感觉功能可以在传递两个化学信使的系统的第一个突触处分离。此外，它表明共传递与不同的行为有关——这是大脑研究中的一种新兴现象，其生理重要性尚不清楚。这项工作扩展了作者对感觉生物学的了解，并将使作者更好地了解神经系统中的共传递。

此外，作者发现AMA神经元与时钟外电振荡器相同，果蝇中的神经元在昼夜循环和恒定黑暗中维持昼夜节律计时。因此，AMA神经元对昼夜节律计时至关重要。

作者确定了一种简单而强大的神经基础，用于分离视觉信号。可能存在其他机制：R1-R6光感受器也光带生物钟，尽管它们只释放组胺。因此，从R1-R6感光器下游的图像处理视觉电路传输辐照度信号的电路仍有待发现。此外，这种机制也可以在哺乳动物的视觉通路中找到。识别从图像形成途径中提取辐照度信号的电路将进一步扩展作者对视觉处理的理解。    

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06681-6  

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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