导航目录
一、文章思路解读
二、研究设计背景
三、文章研究思路
四、本文创新点
五、本文局限性
六、如何开展国自然相关的课题设计及实验呢？
一、文章思路解读
为了探究鼻腔化学感受的体感发育关键窗口，瑞士苏黎世大学Theofanis Karayannis团队在Science上发表题为A nasal chemosensation–dependent critical window for somatosensory development 的研究性论文。
鼻化学感觉被认为是进化上最古老的哺乳动物感觉，与躯体感觉一起，在听觉和视觉通路开始与大脑接触之前，对新生儿的健康至关重要。通过对小鼠的解剖和功能研究，作者发现气味驱动的活动在出生后的第一周内传播到大部分皮层，并增强了须诱发的初级须体感觉皮层(wS1)的激活。这种效应在成年动物中消失，这与嗅觉皮层与wS1之间兴奋性连接的丧失是一致的。通过对新生儿进行气味剥夺，然后对成年动物进行电生理和行为研究，作者确定了wS1感觉驱动动力学和体感觉发展所必需的鼻化学感觉信息的关键瞬时调节。作者的工作揭示了鼻化学感觉依赖性体感觉功能成熟的跨模态关键窗口。
二、研究设计背景
新生哺乳动物的感觉体验与成年哺乳动物有很大的不同，因为它们的感觉系统在达到完全功能之前是异步和不同的成熟。在哺乳动物中，已经证明嗅觉不仅是进化上最古老的，而且是第一个成熟的感觉方式，允许检测已经在子宫内的气味刺激物。这种气味信息对新生儿的健康和生存至关重要，主要通过主要的嗅觉途径传播。它绕过丘脑，以非地形方式激活皮层。在这项研究中，作者假设，在其他感觉模式参与多感觉处理之前，鼻腔化学感觉可能对皮层活动和体感觉系统有更强的影响。
三、文章研究思路
1. 作者探讨了嗅觉信息在新生期和成年期小鼠大脑皮质的传播特点。发现在新生小鼠期，嗅觉信息可以传播到大脑皮质的广泛区域，包括初级触觉皮质(wS1)。但在成年小鼠中，嗅觉信息仅局限于特定区域传播。多电极记录进一步证实，在新生小鼠wS1中，嗅觉刺激可引起亚阈值兴奋性反应，而在成年小鼠中未观察到此现象。
2. 作者探讨了新生期嗅觉信息对wS1触觉感知功能的影响。发现在新生小鼠中，嗅觉刺激能显著增强wS1对触觉刺激的反应(OEE)。但这种增强作用在成年期消失。电生理记录进一步揭示，OEE主要表现在wS1 L2/3和L4层神经元的激活增强。
3. 通过剥夺新生期嗅觉输入，探讨了关键时期嗅觉信息对wS1发育的调控作用。发现新生期嗅觉剥夺会导致成年后wS1感觉驱动动力学和触觉行为功能的障碍。这一关键时期的嗅觉信息输入对wS1的发育具有关键调控作用。
4. 作者进一步探讨了嗅觉剥夺导致的wS1发育障碍的神经机制。发现新生期嗅觉剥夺会降低wS1神经元的膜电位兴奋性和突触传递能力，从而影响wS1对感觉刺激的响应。这种神经元功能缺陷在成年期持续存在，解释了对成年触觉功能发育的影响。
5. 总结了本研究的核心发现:新生期嗅觉信息通过跨感觉调制，关键调控了wS1触觉皮质的发育。在出生后的关键时期内，嗅觉信息可以增强wS1对触觉刺激的响应。这种跨感觉调控作用在成年期消失。剥夺这一关键时期的嗅觉输入会导致成年后wS1功能发育受损，表明了嗅觉信息在感觉皮质发育中的关键作用。
图1. 早期气味剥夺使wS1的神经动态范围缩小，导致识别缺陷
介导感觉系统发展和整合的机制尚未完全阐明。作者研究了嗅觉的发展，嗅觉被认为是最早出现在小鼠身上的感觉，与不久之后出现的躯体感觉有关。作者表明，在出生后早期，在其他感官发育之前，嗅觉刺激诱导兴奋在包括躯体感觉皮层（S1）在内的大面积皮质区域传播。这种嗅觉介导的兴奋增强了新生儿 S1 中晶须诱发的活动，并在出生后发育后期丢失。早期发育期间的嗅觉剥夺损害了以后的躯体感觉，这表明存在嗅觉影响躯体感觉处理发育的发育窗口，鼻腔化学感觉在感觉加工的成熟中具有启动作用。
本文创新点
1. 发现新生期嗅觉信息能跨感官调控初级触觉皮质(wS1)的发育
首次揭示了嗅觉信息在新生期通过跨感官调制，关键调控触觉皮质的功能发育进程。这为理解感官系统间发育交互提供了新视角。
2. 阐明了关键时期嗅觉输入对触觉皮质发育的重要性
发现新生期特定时期的嗅觉信息输入是触觉皮质发育的关键，剥夺这一时期的嗅觉信息会导致成年后触觉功能障碍。这种关键时期的概念拓展了我们对感官系统发育规律的认识。
本文局限性
1. 仅局限于小鼠模型研究
本研究主要在小鼠模型中开展，未进一步验证其在其他动物乃至人体中的保守性。需要扩展到更广泛的生物学模型。
2. 缺乏更深入的分子机制阐述
虽然发现了嗅觉信息对触觉皮质发育的关键调控作用，但具体的分子调控机制尚不清楚。
3. 未涉及行为功能层面的验证
虽然发现了嗅觉剥夺对成年小鼠触觉感知功能的影响，但缺乏对更广泛的行为功能的验证。
如何开展国自然相关的课题设计及实验呢？
1. 在探索感觉系统发育的关键时期调控机制
在小鼠模型的基础上，进一步扩展到其他动物模型，包括非人灵长类等，验证嗅觉信息对触觉皮质发育调控的普遍性。深入分析关键时期嗅觉信号通路及其下游分子机制，阐明感觉系统发育交互的具体调控网络。评估不同感觉通路在发育过程中的相互作用规律，探索跨感觉整合的神经生物学基础。
2. 探索感觉信号在免疫系统发育中的调控作用
延伸文章中提出的跨感觉调控概念，研究感觉信号通路是否也能影响免疫细胞的发育和功能。分析感觉皮质发育的关键时期是否对免疫系统发育也具有类似的重要性。建立感觉系统-免疫系统发育交互的整合模型，阐明两大系统发育调控的分子机制。
3. 开发基于感觉通路调控的治疗新策略
利用文章中建立的感觉刺激调控免疫细胞功能的机制，设计新型的免疫治疗方法。探索感觉信号通路在神经系统疾病、精神障碍等方面的潜在干预价值。开发基于感觉通路调控的神经-免疫互作调控新药物或治疗手段。
往期回顾
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2024-03-18
