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新闻公告

张晨教授应邀在交叉中心举办学术报告

发布时间: 2020-07-14 15:55:45    浏览次数:562

2020年7月13日,首都医科大学基础医学院院长张晨教授应贺焯皓研究员的邀请,在中国科学院生物与化学交叉研究中心进行了题为“Restoration of FMRP Expression in Adult V1 Neurons Rescues Visual deficitsin a Mouse Model of Fragile X Syndrome”的线上学术报告。


报告在早上9时开始,张晨教授首先介绍了自闭症谱系障碍(Autism spectrum disorder,ASD)的两种发病机制——“social orienting”理论和“bottom-up”的理论。前者的主要观点是自闭症患儿能够“读懂”他人的想法或动机,但是本身心理情感上拒绝去完成他人发出的指令;后者观点则坚持自闭症患儿的视觉处理不是直接指令发出者,其注意力集中在低水平的感官现象上,以致牺牲了社会互动。虽然正常人群也会有这种现象发生,但是自闭症病人放大了这一现象,导致其无法正常处理社交问题。因此,该观点支持者认为治疗关键在于增强患儿对感官刺激的反应。目前两种假说争论不休,临床上也各有相应证据支持。


以视觉感知为例,临床研究发现,大多数自闭症病人视觉处理能力高于正常人。比如大脑存在“feature-search”和“conjunction-search”两种感知,正常人后者的处理速度比前者慢,但自闭症病人则强得多。另外正常人判断能力也不如自闭症病人。目前对这一现象是解释是,自闭症患者拥有不同的感知方式,这种方式使得他们忽略了社交或者没有足够能力去处理交际问题。张晨教授团队针对这一情况提出问题并展开研究——自闭症患者在视觉低级信息的处理方面存在缺陷吗?


人类的视觉信息非常复杂,不仅仅有感知,还有处理等,难以从视觉感知角度研究其机制,因此张教授将目光转向常用的实验动物——小鼠。一方面拥有自闭症谱系障碍的小鼠遗传模型,另一方面老鼠无法看到彩色,其视觉没有高阶信息,这样就很好地消除视觉信息高阶处理的干扰。Fmr1基因是张教授团队的研究对象,在自闭症还没有被广泛研究前,该基因与儿童智力发育障碍疾病FXS紧密相关,受到研究人员广泛关注,后来发现30%的FXS患者被诊断为自闭症,且3-6%的自闭症患者有FXS。


张晨教授队伍使用双光子显微镜观察处于清醒状态小鼠的脑部神经环路,同时观察不同脑区成百上千的神经细胞。使用钙离子染料或遗传编码或化学染料,结合声、光、电等行为学的刺激,观察大脑特定区域神经细胞的网络活动。另外放置压力传感器,将压力信号转为电子信号以便识别动物是否接受到刺激。这是保证动物有一定的行为学变化输出,排除动物因为没看见灯光刺激或者看见但反应小的可能。


亮度、对比度、运动方向、朝向是最简单的低阶信息。其中为避免动物预测或者记忆能力的干扰,张教授将光斑大小随机降低。在亮度、钙离子、运动方位与方向的不同处理中,野生型小鼠的反应随刺激减弱而降低,敲除Fmr1基因的小鼠却基本不受干扰,即使是野生小鼠没有观测到反应的最小刺激,转基因小鼠也有很强的反应,借以介绍视觉获知的过程,得出基因敲除小鼠使用了更多的神经元或者说神经元出现了更大反应的结论。


在小鼠视网膜内打入病毒,发现几天后下一级神经元成功被感染。断层扫描发现,基因敲除小鼠出现明显树突节点数量复杂化;计算公式得出,基因敲除小鼠的高阶连接增强,网络连接强度要比野生型小鼠强得多。神经细胞看似毫无章法,但是有较强的相关性,且处理的信息越高级相关性越强。这些实验现象说明,失去Fmr1基因,就无法分辨刺激大小,失去编码神经刺激强度的能力。


最后张晨教授在报告中指出,一般来说,出现了症状后才能对症下药,对于疾病前期没有症状出现的儿童自闭症患者来说,虽然儿童自闭症6个月即可判断,但当病症出现时,神经环路物理连接已经完成,疾病的治疗存在很大的难度。于是张教授团队不涉及发育过程,通过基因来识别功能上的返回。先是在P0小鼠进行实验,后来使用更能真实模拟人类实际年龄的视觉已发育完全P35小鼠。一月后观察,野生型小鼠没有变化,但是基因敲除小鼠可以很好地rescue,说明神经环路物理连接好了,生理功能的恢复可以通过基因回补实现,这种“青春期救援”策略可以治疗老鼠的视觉缺陷。


张晨教授的精彩报告让同学们对其研究课题及方向有了深刻的认识并产生了极大的兴趣,师生踊跃提问,张晨教授详细解答并在会后与大家深入探讨交流,此次线上报告圆满结束。

 


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