评论

通过比较视觉和听觉的接线策略来了解神经发育

看到所有隐藏 作者和从属关系

科学 2021年年1月8日:
卷371,发行6525,eaaz6317
DOI:10.1126 / science.aaz6317
载入中

您当前正在查看摘要。

查看全文

登录以查看全文

通过您的机构登录

通过您的机构登录

共享工具包中的复杂多样性

神经开发利用共享的机制,转录因子和细胞信号系统,在一个通用工具包中构建出各种电路。 Sitko和Goodrich比较并对比了视觉和嗅觉系统的发展,以分析逻辑上的相似之处和感官信息处理方面的区别。

科学,这个问题p。 eaaz6317

结构化摘要

背景

自从一个多世纪前才诞生以来,神经生物学的发展领域就已经确定了神经回路形成的许多统一原理。我们已经认识到例如细胞命运的转录调控,轴突引导和突触形成的分子机制以及依赖于活性的精炼将物种间的各种回路连接起来的方式。某些系统,例如脊椎动物的脊髓或视觉系统,由于其可访问性,在历史上一直是研究的热门选择。如今,通过研究通用机制如何灵活地运作以组装整个神经系统的各种回路,该领域有望在此基础上进一步发展。通过研究各个电路如何获取其特征的详细信息,我们可以进一步了解电路组装机制的多功能性和复杂性,并开始阐明控制如何以及何时使用某些策略的规则。为了说明这种方法的价值,我们提供了一些基本的发育事件的例子,这些事件在功能专门的视听回路中以相似和不同的方式展开,重点是脊椎动物视网膜和耳蜗的局部回路和主要传入投影。

进阶

在每个系统功能需求的背景下比较和对比视网膜和耳蜗电路的发展揭示了一个共同的主题:两个电路中都有相似的发展事件和策略,但是每个系统的独特电路特征是由于它们对通用电路的依赖程度不同而引起的机制。例如,在视觉系统中,感觉器官中神经元的异质性和布线复杂性以及中心目标的数量都比脊椎动物的听觉系统中相对更大。因此,视网膜在很大程度上依赖于神经元身份驱动的粘附代码来组装大量不同神经元亚型之间的局部突触连接。反过来,束缚在维持耳蜗传入之间的空间关系中起着更为突出的作用,后者的身份是由突触活动决定的。耳蜗与视网膜之间的布线相对简单,这平行于两个电路中的计算处理:两个系统都执行局部和中央计算的组合来编码感觉刺激,但是视网膜中的局部解析比耳蜗中的解析更为广泛。取而代之的是,听觉传入对象投射到听觉脑干,然后在其目标中局部进行树状化处理,以发起一系列并行计算。在这些发育回路的不同细胞环境中,即使相同的分子也可以介导不同的功能。例如,典型的Eph / ephrin梯度指导视网膜位点定位,而在耳蜗中,相同的分子介导周围输入的束缚和分离。因此,视觉和听觉系统中地形图的形成虽然表面上相似,但似乎依赖于重叠但又不同的机制。

外表

尽管就形成功能电路的基本开发事件达成了广泛共识,但我们仍然无法完全解释任何电路的布线。展望未来,我们需要定义所有的发展策略,并确定使每种机制适应特定布线挑战的灵活性点。由于可以使用可视化和操纵显影电路的先进方法,如今的研究人员不再局限于实验可访问的系统,并且可以以更大的分辨率和深度来表征表型,从单个突触的位置到单个操纵对突触的影响。整个基因组。通过深入研究根本上不同体系结构的电路中所谓的易于理解的开发过程的贡献,我们可以揭示熟悉的机制和分子的新颖作用,从而扩展我们对如何利用动态和通用策略来创建各种电路的知识复杂行为所需。

平衡的行为:布线视觉和听觉电路。

(AB)从视网膜(A)和耳蜗(​​B)传入的投影会启动视力和听觉回路。在这两个系统中,感觉刺激都是在地形上编码的。但是,来自头部两侧(绿色和品红色)的信息在不同级别上会聚。 D,背; L,侧面。 (C)专门为满足视觉和听觉的特定功能需求而设计的接线功能是由以不同方式和不同程度运作的常见细胞和分子策略产生的。

抽象

感知和与世界互动的能力取决于专门用于执行特定计算的各种神经回路。从细胞命运规范到活动依赖的突触细化,使用相对有限数量的分子和共同的发育步骤组装每个回路。有了这个共享的工具包,各个电路如何获得其特性?我们通过比较视觉和听觉电路的开发来探讨这个问题,重点介绍几个示例,其中每个系统的感官需求差异需要不同的开发策略。

查看全文

保持联系 科学