科學家研究揭示人們為什麼能夠看到3D圖像?

2020-12-03 科學技術部

　　來自西班牙阿利坎特UMH-CSIC的研究人員發現一種對形成雙側迴路至關重要的遺傳機制，這對使人體能夠獲得3D視覺或使運動協調成為可能。該研究成果「A Zic2-regulated switch in a noncanonical Wnt/βcatenin pathway is essential for the formation of bilateral circuits」發表在近期的《Science Advance》雜誌上。

　　感知3D世界並對外部刺激做出適當反應的能力在很大程度上取決於一種稱為雙側的神經迴路，該迴路可以交流兩個大腦半球，並且對於我們每天執行的許多任務至關重要。這些雙側迴路既需要神經纖維的一部分與它們起源的對側大腦半球相交，又需要另一半在其起源半球中的持久性。研究人員解釋「我們已經確定的遺傳機制可確保位於視網膜的部分神經元將視覺信息傳遞到相對的大腦半球，而Zic2蛋白會在視網膜神經元中關閉該程序，從而使視覺信號到達同一半球」。

　　在先前的研究中，該團隊發現Zic2能夠確保神經元（軸突）延伸部分保留在其起源的同一半球中。在這項新研究中，他們發現為確保軸突保留在同一半球中，Zic2關閉了使它們越過另一大腦半球的遺傳程序。這一發現是在小鼠的視覺通路中做出的，這與包括我們人類在內的其他哺乳動物的視覺通路相似。將視網膜連接到大腦的兩條光學神經中的每條神經都是由大量神經纖維形成的。兩條視神經以X形結構匯聚在一起，稱為X形視交叉，位於大腦底部。在此發生兩個大腦半球之間的信息交叉，從而使3D視覺成為可能。

　　「每隻眼睛都會向大腦的兩側發送視覺信息，因為位於視網膜的神經元軸突的一半穿過中腦線與相對的半球相連，而另一半避免了這種交叉以投射到大腦中解剖結構允許大腦融合從每隻眼睛收到的略有不同的圖像，從而產生三維感。」主要研究者解釋說。Zic2充當了一個開關，以關閉允許軸突傳到另一個大腦半球的遺傳程序。這種「接通途徑」對於大腦從來自視網膜的兩個平面圖像創建三維圖像至關重要。

　　該研究不僅闡明了圖像如何從視網膜傳輸到大腦以進行3D透視，而且還幫助我們了解了在其他神經元迴路中如何建立側向性，例如允許我們協調運動的迴路。這項工作還揭示了稱為Zic2的蛋白質在稱為Wnt的信號傳導途徑的調控中的重要作用，這對胚胎的正確發育至關重要，並且在果蠅到人類（包括小鼠）等物種之間高度保守。在諸如脊柱裂或其他與神經管閉合不完全相關的疾病以及某些類型的癌症中，這種途徑通常會發生變異。這項工作中描述的有關通過Zic2調節該途徑的新細節將有助於理解此類病理的起源，以試圖阻止它們的出現。

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