巴塞尔分子与临床眼科研究所(IOB)的一个团队领导的研究人员使用一种以单细胞分辨率研究活胚胎小鼠大脑的新方法，发现了一种活跃的多层锥体到锥体神经元回路，该回路在大脑皮层处于出人意料的早期发育阶段。研究小组表明，从基因上扰乱这一回路会导致类似于自闭症患者大脑中所见的变化。

“了解大脑皮层细胞类型和回路的详细发育可以为自闭症和其他神经发育疾病提供重要的见解，”IOB主任、该团队在《细胞》杂志上发表论文的通讯作者BotondRoska博士说。“这就是我们的研究结果所证实的。”

Roska及其同事在题为“锥体神经元在新皮质诞生时形成活跃、短暂、多层回路，并受到自闭症相关突变的干扰”的报告中得出结论，“......锥体神经元形成活跃、短暂、多层锥体到锥体新皮质开始时的回路，研究这些回路可以深入了解自闭症的病因学。”

长期以来，自闭症一直与大脑皮层的错误回路有关，皮层是大脑中掌管感官知觉、认知和其他高级功能的部分。大部分皮质由称为锥体神经元(PN)的兴奋性细胞组成。IOB团队想要研究这些神经元何时以及如何组装成皮质中的第一个活跃回路，但这提出了一个艰巨的挑战。正如作者所解释的，虽然PN到PN回路内的活动和通讯已在成人体内进行了深入研究，但第一个活跃PN回路何时以及如何在体内组装尚不清楚。”虽然这些问题的答案将是增加对皮质回路发育的了解的关键，但该团队继续说道，“……由于神经发育障碍与皮质回路内的缺陷有关，对锥体回路形成的深入了解也可能与理解自闭症谱系障碍等疾病的机制有关……在自闭症儿童的大脑以及该疾病的小鼠模型中，大约在诞生。”然而，目前尚不清楚自闭症相关基因的突变是否会扰乱胚胎发育过程中PN至PN回路的发育。”

锥体神经元的测量宽度仅为人类头发的十分之一，实验过程中的任何运动都可能导致活动记录不准确。在他们的研究中，研究小组设计了一种保持神经元稳定的手术解决方案。胚胎被固定在母亲腹腔内充满琼脂的3D固定装置中，以便维持正常的胚胎血流和温度。“在这里，我们开发了一种具有足够机械稳定性的方法，可以在与大坝相连的健康活体小鼠胚胎中进行单个神经突的双光子成像和双光子靶向膜片钳记录……”他们写道。

普遍的观点是，皮质以“由内而外的方式”发育，六层中最深层的部分首先出现。根据当前的观点，研究人员写道：“在皮质发育过程中，PN迁移到新皮质的最终位置，各层以由内而外的方式形成……PN将填充第5层和第6层(L5-PN和L6-PN))先出生。在小鼠中，这些神经元出现在胚胎日(E)11.5和E14.5之间，并从E12.5开始迁移到发育中的皮层。”

通过这种方式，锥体神经元被认为在迁移到皮层中的最终位置并相互形成连接时慢慢变得活跃。然而，共同主要作者、IOB中央视觉回路小组的系统神经科学家ArjunBharioke博士评论道，“我们实际上检测到了一种非常不同的活动模式。”该团队的研究专门针对小鼠胚胎Rbp4-Cre锥体神经元，利用体内膜片钳记录和双光子钙成像等技术，发现了一个非常早期的瞬态电路，该电路甚至在六层皮层形成之前就已经高度活跃和相关已经形成。

这表明神经元在迁移形成第5层之前就已连接。瞬态电路最初有两层：深层和浅层。后来，表层变得沉默并消失，而经典的逐层皮层发育又恢复了，第三个中间层形成了第5层。

“我们还想了解这个回路在自闭症模型中是如何变化的，”共同主要作者、中央视觉回路组IOB发育生物学家MartinMunz博士指出。通过研究缺失两个自闭症相关基因Chd8和Grin2b的一个或两个等位基因的敲除小鼠品系，该团队取得了一项重要发现。已知这些基因的缺失会导致儿童出现严重的自闭症。在纯合子和杂合子基因敲除小鼠中，浅层作为发育残余物仍然活跃。“在整个胚胎发育过程中，它从未消失，”蒙兹说。此外，基因敲除小鼠大脑中存在与自闭症患者相似的皮质紊乱区域。

“……首先，我们发现这些基因操作会干扰胚胎发育过程中双相PN活动模式的过渡阶段，”研究小组指出。“……其次，我们发现基因操作导致了多层瞬态电路的扰动……我们报告的小鼠皮质的片状混乱让人想起在自闭症儿童中观察到的皮质组织的片状混乱。”

研究结果表明，锥体神经元的空间组织受到新发现的回路的调节，并且“胚胎回路的变化在与神经发育障碍(包括自闭症谱系障碍)相关的功能障碍中发挥着作用，”巴里奥克说。

注意到他们研究的局限性，作者总结道：“我们识别胚胎PN到PN活性电路基序的工作，加上我们开发的体内成像和记录方法，为研究与神经发育障碍相关的基因的影响提供了机会。，特别是自闭症谱系障碍，在活胚胎中已识别的回路上。”

Roska评论道，在未来的研究中，IOB研究人员将“仔细观察这一早期电路的表层和深层，并独立地操纵它们”。“这对于了解神经发育疾病的病因学具有指导意义。”

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