根据最近的一项研究，一个古老的脑系统允许眼睛在身体向下弯曲时反射性地向上看，并在动物成长的早期生活中自行调整。
根据最近的一项研究，一个古老的脑系统允许眼睛在身体向下弯曲时反射性地向上看，并在动物成长的早期生活中自行调整。
来自纽约大学格罗斯曼医学院的团队研究了包括人类在内的脊椎动物如何在运动过程中保持稳定的视线，这些脊椎动物涵盖了从古代鱼类到哺乳动物。他们通过一个脑电路实现了这一点，该电路将耳朵中平衡（前庭）系统所检测到的任何方向变化转化为眼睛的即时调整。
这种机制被称为前庭-眼反射，能够使环境的感知保持稳定。当这一反射受损—可能由于受伤、中风或遗传疾病—个体在每次移动头部或身体时可能会感受到世界在他们周围摇晃的刺痛感。在成年脊椎动物中，这种电路及其相似电路使用来自感官系统（视觉和平衡器官）的反馈进行微调。研究人员意外发现，与成年人不同，感官输入对新生儿的反射电路发展不是至关重要的。
该研究于1月2日在Science上在线发表，涉及了斑马鱼幼虫的实验，这些幼虫表现出类似于人类的视线稳定反射。斑马鱼具有透明的身体，使科学家能够直接观察大脑中的神经元成熟情况，以了解新生鱼是如何适当地调整其眼动以响应身体倾斜（当身体向下倾斜时向上看或当身体向上倾斜时向下看）。
“了解前庭反射是如何发展的可能会导致新方法，用于解决影响平衡和眼动的疾病，”研究的资深作者、大纽约大学朗格尼医疗中心各个部门的副教授大卫·肖普皮克（David Schoppik）博士说。
对倾斜的快速反应
为了挑战视觉反馈微调这一反射的普遍观点，研究团队创造了一种设备，在倾斜时诱发反射并观察盲斑马鱼的眼睛。他们发现这些鱼能够以与有视力幼虫相同的程度反向旋转其眼睛。
虽然以往的研究表明感官输入有助于在环境中正确导航，但这项研究暗示前庭-眼反射的调节仅在反射成熟之后发生。特别是，额外实验显示，该反射电路亦可在没有来自称为囊泡的重力敏感器官的输入下达到完全发展。
由于前庭-眼反射可以在没有感官反馈的情况下发展，研究人员提出，脑电路中发展最慢的部分决定了反射成熟的时间线。为了确定哪个部分是瓶颈，团队评估了神经元在诱发斑马鱼快速倾斜时的反应。
他们发现反射电路中的中枢和运动神经元在反射完全发展之前就表现出了成熟的反应。因此，电路中发展最慢的部分可能并不在大脑中，如之前所认为的，而是在神经肌肉接头—运动神经元与控制眼动的肌肉细胞的连接点。一系列实验表明，只有在这个接头的成熟速度与鱼获得更好反向旋转眼睛的速度相匹配。
展望未来，肖普皮克博士和他的团队获得资金来调查这一详细电路与人类疾病相关的问题。他们正在进行的研究旨在了解运动神经元和神经肌肉接头的发育缺陷如何导致眼动系统中的问题，包括斜视（通常被称为懒惰眼或斗鸡眼）。
在前庭-眼电路中的运动神经元之前是对传入感官数据进行精炼并将视觉信息与平衡线索结合的中间神经元。肖普皮克博士的另一个资助项目旨在探索这些细胞在平衡电路发育过程中功能受到干扰的方式，并希望帮助美国面对平衡挑战的5%儿童。
“了解前庭电路形成的基本原理对于解决不仅是平衡问题，还有发育性脑疾病至关重要，”该研究的第一作者、在肖普皮克博士实验室期间是一名研究生的佩奇·利里（Paige Leary）博士说，她现在不再在该机构工作。
来自纽约大学朗格尼医疗中心的研究贡献者包括肖普皮克博士和利里博士，以及他们的合著者塞琳·贝尔加尔达（Celine Bellegarda）、谢丽尔·奎诺（Cheryl Quainoo）、迪娜·戈尔德布拉特（Dena Goldblatt）和巴萨克·罗斯蒂（Basak Rosti）。该研究得到了美国国立卫生院及其附属的听力和其他沟通障碍研究所的资助（R01DC017489和F31DC020910），以及来自美国国立神经疾病与中风研究所的资助（F99NS129179）。此外，美国国家科学基金会通过研究生研究奖学金（DGE2041775）资助了这项研究。
