王書榮小組揭開腦控制眼睛運動之謎

發布時間：2008-10-16 10:19 原文鏈接：王書榮小組揭開腦控制眼睛運動之謎

研究成果發表于10月15日的《神經科學》

眼睛，是人面部最具特色的感覺器官。它從外界獲取大量視覺信息上傳至腦，使我們得以了解和認知世界，并及時作出有利于生存的行為反應。因此，在日常生活中，我們的眼睛總是在轉來轉去，將視線從一處飛快轉到另一處(掃視)，以搜索或注視感興趣的目標。在觀看大場面運動時，眼睛的慢速跟蹤和快速返回交替進行，這種視動震顫在于力保視網膜上的物像穩定。但是，腦如何控制眼睛運動，不同的運動方式是否會有共同的神經基礎，一直是神經科學家研究的前沿課題之一。

人和其他脊椎動物一樣，眼球外面都附有3對相拮抗的肌肉，其收縮和松弛的不同組合便驅使眼睛做各種運動。這6塊眼外肌受腦中外展神經核、動眼神經核、滑車神經核的運動神經元支配，并按照后者的指令來進行活動。例如，眼睛在水平方向上的運動主要由外直肌和內直肌完成，它們分別受外展神經核和動眼神經核支配。鳥類的視覺高度發達，其快速眼動包括位移和振蕩兩部分，為研究眼睛運動的神經起源提供了好的模型。

最近，中國科學院生物物理研究所研究員王書榮和博士研究生楊楊、楊艷在家鴿外展神經核里記錄到297個神經元，按其放電模式與眼睛運動的關系分為3類：位移神經元在掃視前20毫秒開始放電，一直持續到掃視結束，故與掃視的位移成分相對應;振蕩神經元每次發放5～6簇脈沖，每簇脈沖對應眼睛的1次振蕩;掃視神經元則兼有前兩者的放電特征，即在持續性放電的同時，還對應眼睛振蕩產生幾簇脈沖，而持續性放電能將眼睛維持在新位置上。

據王書榮介紹，按照神經元在鼻—顳向掃視(外直肌收縮)期間的放電行為，后兩類神經元又各分成兩個亞型：超前型神經元在掃視前8.1毫秒開始簇狀放電，而滯后型神經元則在掃視后7.9毫秒開始簇狀放電。但是，當掃視發生在顳—鼻向時(內直肌收縮)，它們的簇狀放電與掃視開始的時間關系也顛倒過來，即超前型神經元的放電滯后，而滯后型神經元的放電超前。電刺激對側動眼神經核，只有滯后型神經元產生反向脈沖，表明它們投射到對側腦區，以協調對側眼的內直肌活動;而超前型神經元則不發生反應，因為它們直接投射到同側眼外直肌上。

“這樣，如果兩種神經元在放電時程上協調一致，就能使兩只眼睛同步轉動。”王書榮告訴記者。

進一步研究表明，外展神經核又接受產生動眼指令的腦區調控。化學阻斷兩個視動震顫核團(扁豆核和基底視束核)的活動，外展核神經元持續性放電消失的同時，眼睛掃視的位移成分和視動震顫的慢相也一并消失。另一方面，阻斷腦干中縫核復合體的活動時，外展核神經元簇狀放電消失的同時，眼睛掃視的振蕩成分和視動震顫的快相也一并消失。

“由此可見，視動震顫核團和中縫核復合體分別向外展神經核發出指令信號，并通過運動神經元使外直肌和內直肌產生收縮或松弛，從而使眼睛發生掃視或視動震顫運動。”王書榮指出。

“傳統上認為，視動震顫由快相和慢相構成，而這項研究清楚地表明，從眼睛運動速度和神經起源來看，快相實質上是一種時程較短的掃視。由于鳥類的扁豆核和基底視束核對應哺乳動物的視束核和副視束終端核，而中縫核復合體則相當于中縫間位核，故上述發現對研究哺乳動物的眼睛運動神經回路有重要意義。”王書榮補充說。

據悉，這項研究發表在10月15日出版的《神經科學》雜志上。審稿人認為這是一項重大研究，所發現的眼睛運動神經回路令人印象深刻。這是王書榮課題組研究眼睛運動的神經回路及其對視覺感知影響的第二篇論文。上一篇論文已于今年5月發表在《自然—神經科學》上，隨后被兩位美國神經科學家推薦為“必讀的新發現”。