脊椎动物大脑中央深处有一个多感觉整合和运动控制中心，叫做上丘。在啮齿动物的大脑中，这个区域整合了多种感官输入——视觉线索、声音、触觉信息和气味——并向大脑中的各种运动控制中心发送输出信号，协调动物的运动以响应环境。
尽管上丘在老鼠的大脑体积中所占的比例相对较小，但它却是一个处理的发电站——部分原因是它是由精确的细胞层组成的，这些细胞层负责组织和完善信号传输模式。
现在，一个由职业训练局弗拉林生物医学研究所教授迈克尔·福克斯领导的研究团队，已经揭示了这个处理中心的各层如何发展，以解码来自眼睛的视觉线索，并调节老鼠的关键生存本能的关键环节。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。
“这个大脑区域很有趣，因为它整合了来自多个感官输入的数据，帮助形成世界的双目图像，然后根据这些数据指示动物的先天行为，比如逃离捕食者或捕食猎物。”福克斯说，他也是弗吉尼亚理工学院神经科学学院的主任。
在大脑发育的早期阶段——老鼠第一次睁开眼睛的前几周——神经元从眼睛后部延伸出长长的轴突，形成视神经。这些生长的细胞最终分叉，在精确的大脑区域形成数千个错综复杂的连接，包括上丘。
福克斯说，这些细胞如何知道迁移到哪里仍然是一个谜。但了解这一关键的发展阶段可能会提供新的信息，帮助研究人员在未来的研究中找到再生受伤的视神经纤维的方法。
福克斯说:“如果我们的目标是有一天让受损的大脑回路再生以恢复视力，那么首先我们需要知道如何让细胞的轴突生长到大脑中一个精确的目的地。”
Fox和他的团队研究了一种特殊的视神经细胞亚型——同侧视网膜神经节细胞——在大脑发育过程中是如何到达上丘的。
研究人员使用一种病毒来识别视网膜神经节细胞进入上丘后与哪些类型的神经元连接。这使得他们发现了两种伴随这种电路形成的蛋白质。
一种蛋白质，由上丘的一种兴奋性神经元发出，像分子归航信标一样吸引视神经细胞靠近。一旦迁移的细胞到达了正确的位置，这种蛋白质就会与位于神经细胞膜上的一个完美的受体蛋白质对接。这个化学反应告诉细胞它已经到达了目的地。
当被称为肾连接素的信标分子缺失时，上丘的视觉层就不能正常形成，老鼠就难以捕食。
小鼠上丘已经被广泛研究了60多年。尽管在所有哺乳动物中都存在，但在人类大脑中，这一区域所占的相对体积较小，并被认为通过控制头部、颈部和眼睛的运动来稳定我们对移动世界的印象。
福克斯说，这项研究代表了国立儿童医院和弗拉林生物医学研究所研究人员之间的早期合作研究。他回忆起七年前，弗吉尼亚理工大学负责健康科学和技术的副校长迈克尔·弗里德兰德(Michael Friedlander)将福克斯和华盛顿特区国立儿童医院的首席研究员贾森·特里普莱特(Jason Triplett)联系起来。
福克斯说:“早在2013年，我们就讨论过研究这些神经元是如何投射到丘的，从那以后，我们就一起参与了许多资助项目。”“这篇论文就是在那些早期讨论中诞生的。”
该研究的共同第一作者在弗拉林生物医学研究所的福克斯实验室工作:研究助理教授吉米·苏(Jimmy Su)和研究期间的前研究生研究助理乌巴达·萨巴格(Ubadah Sabbagh)，他现在是麻省理工学院的博士后研究员。
其他研究贡献者包括弗拉林生物医学研究所(Fralin Biomedical research Institute)副教授Yuchin Albert Pan;弗拉林生物医学研究所研究助理梁延平;弗拉林生物医学研究所(Fralin Biomedical Research Institute)前博士后研究员露西·奥列尼科娃(Lucie Olejnikova);凯伦·迪克森(Karen Dixon)，特里普利特实验室的研究技术员;阿什利·拉塞尔(Ashley Russell)，国立儿童医院(Children's National Hospital)前博士后研究员;江晨，弗拉林生物医学研究所前博士后研究员。
这项研究得到了美国国家眼科研究所的部分支持。
