智利刷尾鼠视觉系统研究：昼行性早熟啮齿动物作为研究上丘神经元视觉感受野特性的新模型
学术背景
视觉系统是动物感知外界环境的重要系统，其发育和功能的研究对于理解哺乳动物的感知机制具有重要意义。然而，传统的研究多依赖于夜行性或黄昏活动的实验室啮齿动物，如小鼠、大鼠和仓鼠。这些动物的视觉系统相对简单，且与人类的视觉系统存在显著差异。为了拓宽研究范围，找到更接近人类视觉系统的动物模型，研究人员将目光投向了智利八齿鼠（Octodon degus）。这种动物具有昼行性、早熟性，并且其视网膜富含视锥细胞，视觉系统的发育较为完善。因此，智利八齿鼠可能成为研究视觉系统发育和功能的理想模型。
本研究的主要目标是探索智利八齿鼠上丘（Superior Colliculus, SC）视觉神经元的感觉野（Receptive Field, RF）特性，并与传统夜行性啮齿动物进行比较，以揭示其视觉系统的独特之处。研究希望通过这种比较，为理解昼行性哺乳动物的视觉系统提供新的见解。
论文来源
本文由Natalia I. Márquez等作者共同完成，作者团队来自智利大学生物学系、马萨诸塞大学阿默斯特分校等机构。文章于2025年发表在《Journal of Neurophysiology》期刊上。
研究流程
1. 实验对象与准备
研究使用了13只智利八齿鼠，这些动物被饲养在特定条件下，包括12小时光照/12小时黑暗的光周期，并提供充足的食物和水。所有实验均符合动物伦理标准，并获得了相关机构的批准。
2. 解剖学与神经元示踪
研究首先通过神经示踪技术（Cholera Toxin Subunit B, CTB）标记了视网膜投射，以观察视网膜与上丘之间的连接。实验中对4只动物进行了视网膜内注射CTB，5-7天后进行灌注、固定和脑组织切片，观察视网膜投射的分布情况。
3. 体内电生理记录
研究采用了电极记录技术，对上丘神经元的活动进行监测。实验中，9只动物被麻醉并固定在立体定位仪上，通过微电极记录上丘神经元的电活动。实验中使用了四种视觉刺激：移动的白色方块、正弦光栅、扩展的黑色圆圈（模拟逼近物体）以及静止的黑色圆圈。
4. 数据分析
研究通过聚类算法对神经元的活动进行排序，并使用高斯拟合等方法分析了感觉野的大小和形状。研究者还通过Naka-Rushton函数分析了神经元对对比度的响应，并通过傅里叶变换分析了神经元对空间频率的调制。
主要结果
1. 视网膜投射与上丘层结构
研究确认了智利八齿鼠上丘的分层结构，并发现视网膜主要投射到上丘的浅层（sgs和sz层），深层（sgi和sgp层）则几乎没有视网膜输入。这与之前在啮齿动物中的发现一致。
2. 感觉野大小与形状
研究发现，智利八齿鼠上丘神经元的感觉野大小随深度的增加而增大，且深层的神经元表现出更水平方向上的延展性。与夜行性啮齿动物相比，智利八齿鼠的感觉野更小，这可能与其较高的视觉敏锐度相关。
3. 空间频率调谐
研究还发现，智利八齿鼠上丘神经元对空间频率的调谐范围较广，部分神经元甚至对高频刺激（0.24 cycles/degree）表现出明显偏好。这一结果表明，智利八齿鼠的视觉系统具有较高的空间分辨率。
4. 对比度响应
研究显示，约一半的神经元对对比度表现出线性响应，这在夜行性啮齿动物中是较为罕见的，进一步支持了智利八齿鼠的视觉系统更适合昼间活动的观点。
5. 逼近物体响应
研究还发现，上丘神经元对逼近物体的响应与静止物体的响应存在显著差异，神经元在逼近物体出现时表现出更强的活动。这表明智利八齿鼠的上丘可能参与了对快速逼近物体（如捕食者）的检测和响应。
结论
本研究首次全面揭示了智利八齿鼠上丘神经元的视觉特性，证明了其视觉系统在感觉野大小、空间频率调谐和对比度响应等方面与夜行性啮齿动物存在显著差异。这些发现表明，智利八齿鼠是一种适合研究昼行性视觉系统的模型，尤其是在探索与人类视觉系统更为相似的视觉感知机制方面具有重要价值。
研究亮点
- 新颖的动物模型：智利八齿鼠作为昼行性、早熟的啮齿动物，为研究视觉系统提供了新的视角。
- 全面的电生理分析：研究通过多种视觉刺激和详细的数据分析，全面揭示了智利八齿鼠上丘神经元的视觉特性。
- 潜在的研究应用：智利八齿鼠的视觉系统与人类更为相似，未来可进一步用于探索视觉系统发育和功能的机制。
其他有价值的信息
研究还提出了未来研究的方向，如探索智利八齿鼠视觉系统的发育过程，以及视觉经验在其视觉系统成熟中的作用。这些研究有望为理解视觉系统发育的普遍规律提供新的见解。