位于脊椎动物大脑中间深处的是一个多感觉统合和运动控制中心，称为上丘。在啮齿类动物中，这个大脑区域整合了多感官输入——视觉线索、声音、触觉信息和气味——并将输出信号传递给大脑中的各种运动控制中心，协调动物的运动以响应其环境。

尽管上丘只占小鼠大脑体积的一小部分，但它是一个强大的处理能力——部分原因是它是由精确的细胞层形成的，这些细胞层组织和完善了信号模式。

现在，由 VTC 弗拉林生物医学研究所教授 Michael Fox 领导的一组研究人员发现了这个处理中心的层如何发展以解码来自眼睛的视觉线索并调节小鼠的关键生存本能的关键环节。该研究发表在国家科学院院刊上。

“这个大脑区域很有趣，因为它整合了来自多个感官输入的数据，有助于形成世界的双目图像，然后根据这些数据决定动物的先天行为——例如逃离捕食者或狩猎猎物，”说福克斯，他也是弗吉尼亚理工学院神经科学学院的院长。

在早期大脑发育过程中——在小鼠第一次睁开眼睛前几周——神经元从眼睛后部延伸长轴突，形成视神经。这些不断生长的细胞最终会分支，在精确的大脑区域形成数千个错综复杂的连接，包括上丘。

Fox 说，这些细胞如何知道迁移到哪里在很大程度上仍然是个谜。但是了解这个关键的发展阶段可能会提供新的信息，可以帮助研究人员在未来的研究中确定再生受损视神经纤维的方法。

“如果我们的目标是有一天再生受损的大脑回路以恢复视力，那么首先我们需要知道如何让细胞的轴突生长到大脑中的精确目的地，”福克斯说。

Fox 和他的团队研究了一种特定的视神经细胞亚型——同侧视网膜神经节细胞——如何在大脑发育过程中找到通往上丘的途径。

研究人员使用一种病毒来确定视网膜神经节细胞在上丘内与哪些类型的神经元建立了联系。这使他们确定了两种陪伴这种回路形成的蛋白质。

一种蛋白质由上丘中的一种兴奋性神经元发出，像分子归巢信标一样吸引视神经细胞靠近。一旦迁移的细胞处于正确的位置，这种蛋白质就会停靠在位于神经细胞膜上的完美匹配的受体蛋白中。这种化学反应告诉细胞它已经到达目的地。

当信标分子(称为肾连接素)不存在时，上丘的视觉层无法正常形成，小鼠在捕食猎物时会遇到困难。

小鼠上丘已被广泛研究了 60 多年。虽然它存在于所有哺乳动物物种中，但在人类中，这个大脑区域所占的相对体积较小，并且被认为通过控制头部、颈部和眼睛的运动来稳定我们对移动世界的形象。

Fox 说，这项研究代表了国家儿童医院和弗拉林生物医学研究所研究人员之间的早期研究合作。他回忆起七年前弗吉尼亚理工大学负责健康科学和技术的副总裁迈克尔·弗里德兰德 (Michael Friedlander) 联系福克斯和华盛顿特区儿童国家医院的首席研究员贾森·特里普莱特 (Jason Triplett) 时。

“早在 2013 年，我们就讨论过研究这些神经元如何投射到丘脑，此后我们一起开展了许多受赠款资助的项目，”福克斯说。“这篇论文诞生于那些早期的讨论。”