视皮层可塑性的非突触机制:髓鞘调控的郎飞氏结可塑性在眼优势柱形成中的作用

《ASN Neuro》:Non-Synaptic Mechanism of Ocular Dominance Plasticity

【字体: 时间:2026年01月22日 来源:ASN Neuro 3.7

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  本文揭示了单眼视觉剥夺(MD)通过调控视神经和视束中郎飞氏结(NOR)形态,改变动作电位传导速度,从而影响视皮层(V1)神经元输入同步性的非突触可塑性机制。该机制由少突胶质细胞介导的髓鞘可塑性(OMP)驱动,补充并可能主导经典突触可塑性(STDP),为理解成年视觉系统可塑性及弱视治疗提供了新视角。

  
引言
经典研究认为单眼视觉剥夺(MD)通过改变双眼神经元突触连接强度诱导眼优势可塑性,其核心机制是突触可塑性(STDP)。但该理论默认神经冲动传导速度不受视觉经验影响。本研究首次在成年小鼠中发现,MD可通过改变视神经和视束中郎飞氏结(NOR)形态,调控动作电位传导速度,从而以非突触机制驱动眼优势可塑性。
活动依赖性竞争与使用/失用效应
研究通过比较单眼剥夺(MD)与双眼剥夺(BD)对NOR形态的影响,发现BD不引起NOR可塑性,表明该过程依赖双眼间活动差异的竞争性机制,而非单纯使用/失用效应。由于视束包含来自双眼的轴突,为少突胶质细胞检测双侧活动差异提供了结构基础。
少突胶质细胞介导的可塑性
少突胶质细胞介导的可塑性(OMP)理论提出,单个少突胶质细胞可同时包裹多达50条轴突,通过检测不同轴突动作电位的同步性,特异性调整髓鞘结构以优化动作电位到达靶区的同步性。数学模型证实,该机制可显著提高轴突群体放电的同步性。
材料与方法
研究采用成年(P40)C57BL/6小鼠,通过单眼睑缝合(MD)或眼内注射AAV2-EF1α-FLEX-Kir2.1-T2A-tdTomato病毒特异性抑制部分视网膜神经节细胞(RGC)动作电位(MI)。30天后,通过免疫荧光染色标记Caspr1(旁结蛋白)和Nav1.6(钠通道)测量NOR长度,利用模式视觉诱发电位(pVEP)检测视皮层反应潜伏期,并通过电镜分析超微结构。
结果
单眼剥夺诱导视束郎飞氏结可塑性
MD导致同侧视束中剥夺眼来源轴突的NOR长度显著缩短(p < 0.003),而对侧视束中剥夺眼轴突NOR有延长趋势。这一结果与视皮层眼优势可塑性的半球不对称性一致,提示NOR可塑性可能参与metaplasticity调控。
MD改变视皮层动作电位到达潜伏期
pVEP记录显示,剥夺眼刺激的潜伏期较开放眼缩短13.9%(p = 0.004),且振幅降低约50%(p = 0.05)。NOR长度变化与传导速度改变相符,数学模型预测0.14 μm的NOR长度差异可导致约20%的传导速度变化和6.7 ms的潜伏期差异,该差异处于STDP时间窗口内。
少突胶质细胞作为动作电位同步性介质
MI实验证实,当少突胶质细胞接触混合有正常活动与被抑制动作电位的轴突时,NOR长度变化具有轴突特异性:Kir2.1抑制轴突的NOR长度显著大于正常轴突(视神经p = 0.0001;对侧视束p = 0.014)。这支持OMP理论预测的活动依赖性竞争机制。
超微结构分析
电镜显示MI后轴突髓鞘厚度(g-ratio)无显著变化,但抑制侧轴突数量减少(16.5 ± 0.75 vs 19.5 ± 0.6/29.7 μm2, p < 0.003),轴突直径轻微增加(0.79 ± 0.19 μm vs 0.68 ± 0.18 μm, p = 0.0001),提示长期活动抑制可能引起轴突萎缩。
讨论
本研究揭示了MD通过轴突特异性NOR可塑性改变动作电位传导速度,进而影响视皮层输入同步性的非突触机制。该机制由少突胶质细胞通过OMP实现,与突触可塑性协同调控眼优势可塑性。NOR可塑性导致的pVEP潜伏期变化可能被误读为纯突触强度改变,提示需重新评估传统 ocular dominance 研究中的电生理指标。该发现为弱视等视觉疾病治疗提供了新靶点,如通过时序调整重建双眼输入同步性可能改善视功能。
结论
郎飞氏结可塑性作为经验依赖性的视觉可塑性新机制,扩展了对神经环路可塑性的理解,强调动作电位传导速度调控在信息处理中的重要性,为相关疾病治疗策略开发提供了新方向。
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