《Current Research in Neurobiology》：Rapid degeneration and neurochemical plasticity of the lateral geniculate nucleus following lesions of the primary visual cortex in marmoset monkeys
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在神經科學領域，初級視皮層（V1）損傷引發外側膝狀體核（LGN）退變及功能變化備受關注。研究人員為探究其退變和可塑性機制，以狨猴為模型開展研究。結果發現，V1 損傷后 LGN 神經元密度 1 個月內驟降，體積 6 個月后才穩定，CB 表達提前出現。該研究為視覺損傷修復提供重要依據。
在神奇的大腦世界里，視覺系統如同精密的儀器，各部分協同工作，讓我們能夠感知五彩斑斕的世界。其中，初級視皮層（V1）和外側膝狀體核（LGN）在視覺信息傳遞中扮演著關鍵角色。然而，當 V1 受到損傷時，一系列連鎖反應便會在視覺系統中引發。此前研究雖已發現 V1 損傷會導致 LGN 出現神經元退變、體積縮小和神經化學變化等現象，但這些變化具體發生的時間進程卻并不明確，就像迷霧一般籠罩著科研人員。同時，鈣結合蛋白表達的時間規律也有待探索。為了驅散這些迷霧，來自國外的研究人員決定深入探究，旨在為視覺損傷的治療尋找新的方向，也為理解大腦的可塑性提供關鍵線索。
研究人員以 21 只狨猴（Callithrix jacchus）為研究對象，其中 14 只成年狨猴接受了單側 V1 損傷手術，7 只為未損傷的對照組。他們運用多種先進技術展開研究，其中包括精確的 V1 損傷手術、嚴謹的組織處理方法以及科學的量化和統計分析手段。
在實驗過程中，研究人員首先對狨猴進行 V1 損傷手術。手術前，為減輕狨猴的痛苦并預防感染，會給予其口服美洛昔康（Metacam）和頭孢氨芐（cephalexin）等藥物。手術時，通過吸入異氟烷（isoflurane）進行麻醉，并在手術過程中密切監測狨猴的心率、體溫和血氧水平等生命體征。接著，沿著 V1 和第二視覺區（V2）的邊界進行枕葉切除術，以此制造 V1 損傷模型。手術后，給予狨猴適當的鎮痛和抗生素治療，確保其能夠順利恢復。
當狨猴在不同存活期后，研究人員對其進行安樂死并獲取大腦組織。在組織處理環節，先對大腦進行灌注固定，然后進行冷凍保護，最后用冰凍切片機切成 40μm 的冠狀切片。為了深入了解 LGN 的變化，研究人員對切片進行了 NeuN 染色和鈣結合蛋白的熒光染色。
對于 NeuN 染色的切片，利用 Aperio Scanscope AT Turbo 顯微鏡進行掃描，并通過 Aperio Image Scope 軟件分析 LGN 的體積和神經元密度。而熒光免疫染色的切片則使用共聚焦顯微鏡掃描，借助 ImageJ 軟件分析鈣結合蛋白的表達情況。
研究結果令人矚目。在神經元損失方面，V1 損傷后，LGN 的變化迅速而顯著。損傷后 2 - 3 天，LGN 同側與對側相比，在體積、分層和神經元大小 / 密度上并無明顯差異。然而，到了 1 個月時，LGN 損傷投射區（LPZ）的神經元密度急劇下降，幾乎降至非 LPZ 區域或對照組的一半。這表明 V1 損傷引發的 LGN 神經元退變在 1 個月內就已基本完成，且在之后的 3 年里，神經元密度也未出現明顯變化。這一發現與以往在其他靈長類動物中的研究結果相互印證，盡管不同靈長類動物大腦大小和軸突長度存在差異，但退變的時間進程卻較為相似。這意味著人類大腦在 V1 損傷后，LGN 神經元退變可能也遵循類似的時間規律。這一發現為未來針對人類視覺損傷的治療提供了關鍵的時間窗口，若能在神經元退變完成前進行干預，或許可以減少神經元的損失，為保留或改善殘余視力帶來希望。
在 LGN 體積變化方面，研究發現其萎縮與損傷后的存活時間密切相關。長期存活組的 LGN 平均體積損失比短期存活組更為嚴重，且這種差異主要源于 LPZ 區域的體積變化。通過對 LPZ 體積與存活時間的相關性分析發現，在損傷后的 6 個月內，LPZ 體積隨著時間的推移逐漸縮小，之后便趨于穩定。這表明 LGN 體積的變化是一個相對緩慢的過程，與神經元的快速退變不同步。其原因可能是神經元退變后的 debris 清除、神經氈的變化以及毛細血管床的重塑等過程都需要時間，這些復雜的生理變化共同影響了 LGN 體積的改變。這一結果不僅為理解 V1 損傷后 LGN 的病理變化提供了重要依據，也為通過非侵入性腦成像技術監測 LGN 萎縮情況提供了理論支持。
在鈣結合蛋白（CB）表達方面，研究人員驚喜地發現，在 V1 損傷后 2 周，存活的 M 和 P 神經元中就能夠檢測到 CB 的表達。隨著存活時間的延長，表達 CB 的神經元比例逐漸增加，盡管這種趨勢未達到統計學意義，但已充分表明 CB 表達的出現早于神經元的退變。同時，研究還發現這種神經化學變化在雙側半球均有發生，且在損傷側 LGN 中表達 CB 的 M 和 P 神經元比例更高。這一現象提示，CB 表達可能是神經元應對損傷的一種保護機制。正常情況下，M 和 P 神經元只表達小白蛋白（PV），而 V1 損傷后，它們開始共表達 CB。有研究推測，這可能是由于 V1 損傷導致皮質對 LGN 神經元的反饋減少，視網膜對 LGN 神經元的激活失衡，從而觸發了 CB 的表達。此外，M 神經元中更普遍的 CB 表達可能意味著它們在損傷后具有更高的潛力與皮層形成新的連接，這為進一步研究神經元的可塑性提供了新的方向。
研究結論和討論部分進一步強調了這些發現的重要意義。該研究首次全面且定量地描述了狨猴 V1 損傷后 LGN 在結構和神經化學方面的變化，填補了相關領域的研究空白。研究結果表明，狨猴是研究 V1 損傷后解剖和生理可塑性過程的理想動物模型，為后續深入研究提供了有力的支持。同時，這些發現對于理解創傷性腦損傷以及未來減少視覺損失、促進再生過程具有重要的指導意義。它讓我們更加深入地了解了視覺系統在損傷后的變化規律，為開發新的治療策略提供了理論基礎，有望為包括人類在內的靈長類動物改善殘余視力帶來新的曙光。
這項研究成果發表在《Current Research in Neurobiology》上，為神經科學領域的研究開辟了新的道路，吸引著更多科研人員投身于視覺損傷修復的研究中，期待未來能取得更多突破性的進展，讓視覺損傷患者重獲清晰的視界。
