在一項(xiàng)新的研究中，來自瑞士巴塞爾分子與臨床眼科學(xué)研究所和巴塞爾大學(xué)的研究人員利用一種新的方法在單細(xì)胞分辨率下研究活的胚胎小鼠大腦，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)活躍的多層回路，該回路在發(fā)育的早期階段在大腦皮層中形成。從遺傳上擾亂該回路導(dǎo)致了與自閉癥患者大腦中所看到的類似的變化。
論文通訊作者、巴塞爾分子與臨床眼科學(xué)研究所主任Botond Roska說，“了解大腦皮層中細(xì)胞類型和回路的詳細(xì)發(fā)育可以為自閉癥和其他神經(jīng)發(fā)育疾病提供重要的見解。這就是我們的發(fā)現(xiàn)所證實(shí)的。”
長期以來，自閉癥一直與大腦皮層的錯(cuò)誤回路有關(guān)，而大腦皮層是管理感官知覺、認(rèn)知和其他高階功能的部分。大腦皮層的大部分是由稱為錐體神經(jīng)元（pyramidal neuron）的興奮性細(xì)胞組成。這些作者希望研究這些神經(jīng)元何時(shí)以及如何在大腦皮層中組裝成第一批活躍的回路，但這構(gòu)成了一個(gè)困難的挑戰(zhàn)。錐體神經(jīng)元的寬度只有人類頭發(fā)的十分之一，在實(shí)驗(yàn)過程中的任何移動(dòng)都可能導(dǎo)致活動(dòng)記錄的不準(zhǔn)確。
為了在研究中保持這些神經(jīng)元的穩(wěn)定，Roska及其研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種手術(shù)解決方案：胚胎被固定在母體腹腔內(nèi)充滿瓊脂的三維保持裝置內(nèi)，這樣就可以維持正常的胚胎血流和溫度。
目前普遍流行的觀點(diǎn)是，大腦皮層以“由內(nèi)向外”的方式發(fā)育，它的六層中深的一層首先出現(xiàn)。以這種方式來看，人們認(rèn)為錐體神經(jīng)元在遷移到大腦皮層的位置并形成彼此之間的聯(lián)系時(shí)，會(huì)慢慢變得活躍。但是，論文共同第一作者、巴塞爾分子與臨床眼科學(xué)研究所中央視覺回路小組系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)家Arjun Bharioke說，在這項(xiàng)研究過程中，“我們實(shí)際上檢測到了一種非常不同的活動(dòng)模式?！?/span>
Roska團(tuán)隊(duì)特別關(guān)注發(fā)育為大腦皮層第5層的錐體神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常早期的瞬態(tài)回路，該回路甚至在這種6層的大腦皮層形成之前就已經(jīng)高度活躍和相互關(guān)聯(lián)了。這表明這些神經(jīng)元在遷移形成第5層之前就已經(jīng)連接在一起了。這個(gè)瞬態(tài)回路有2層：一個(gè)深層（deep la[x]yer）和一個(gè)淺層（superficial la[x]yer）。后來，淺層變得沉默并消失了，而這種經(jīng)典的逐層皮層發(fā)育恢復(fù)了，第三中間層形成了第5層。
論文共同第一作者、巴塞爾分子與臨床眼科學(xué)研究所中央視覺回路小組發(fā)育生物學(xué)家Martin Munz說，“我們還想了解這一回路在自閉癥模型中是如何變化的?！边@些作者利用缺少兩個(gè)自閉癥相關(guān)基因---Chd8和Grin2b---的一個(gè)或兩個(gè)等位基因的基因敲除小鼠品系，取得了一項(xiàng)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。眾所周知，這些基因的缺失會(huì)導(dǎo)致兒童出現(xiàn)嚴(yán)重的自閉癥。在純合和雜合的基因敲除小鼠中，這個(gè)淺層作為一種發(fā)育的殘余物仍然活躍。Munz說，“在整個(gè)胚胎發(fā)育過程中，它從未消失?！贝送?，基因敲除小鼠的大腦包含了類似于在自閉癥患者身上看到的皮層混亂的斑塊區(qū)域。
Bharioke說，這些發(fā)現(xiàn)表明，錐體神經(jīng)元的空間分布受到這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的回路的調(diào)節(jié)，而且“胚胎回路的變化在與神經(jīng)發(fā)育障礙有關(guān)的功能障礙中起作用，包括自閉癥譜系障礙”。
Roska說，在未來的研究中，Roska團(tuán)隊(duì)將“仔細(xì)觀察這個(gè)早期回路的深層和淺層，并獨(dú)立操縱它們”?！斑@對(duì)了解神經(jīng)發(fā)育疾病的病因?qū)⒕哂兄笇?dǎo)意義?！?/span>
