青年科学家连发两篇Nature 获得新突破

　　

生物通报道：早年毕业于清华大学的时松海教授目前已成为国内外知名的神经生物学家，他曾于Science杂志上发表的有关谷氨酸受体的神经元突触调节研究成果入选了当年的Science十大科学突破，他当年年仅27岁，并且还由此获得了“青年科学家奖”最高奖。近年来时松海加入了纪念斯隆-卡特琳癌症中心，建立了自己的实验室，并陆续发表了不少重要的成果。

在Nature5月3日的在线版上，时松海研究组接连参与了发表两篇文章：Preferential electrical coupling regulates neocortical lineage-dependent microcircuit assembly和Clonally related visual cortical neurons show similar stimulus feature selectivity，解析了大脑皮层发育与视觉皮层刺激相关的最新成果。、

在第一篇文章中，时松海研究组与复旦大学禹永春副教授研究组合作，通过改变兴奋性神经元间“电突触传递”的方法，首次探明了“电突触”在脑皮层神经环路发育中的重要作用：在大脑皮层发育过程中如果没有电突触就不会形成化学突触，

研究人员通过多电极全细胞记录仪等技术，发现在出生后早期阶段，姐妹兴奋性神经细胞会与自身强电耦合，而不会选择相邻的非姐妹兴奋性神经细胞。这种选择性允许姐妹兴奋性神经细胞之间的选择性电通讯，这将促进其动作电位的产生，以及同步发射。

有趣的是虽然这种电交流在化学突触出现后会大面积消失，但是阻断这种电交流会影响个体发育姐妹兴奋性神经细胞之间特殊化学突触的依次形成。这些实验数据表明，在细胞系依赖的瞬态电耦合，和大脑皮层精确兴奋性神经细胞微环境之间存在强烈联系。

这为人类深入探索大脑的奥秘向前迈出重要一步，对人类由神经环路发育异常引起的相关疾病的诊断和治疗有重大意义。

在另外一篇文章中，时松海与加州大学单杨（Yang Dan，音译）研究组合作，发现虽然小鼠视觉皮层缺乏辨别方向的图像，但是同样放射状克隆（radial clone）中的姐妹神经细胞，具有相似的方向倾向性。

放射单元假说（radial unit hypothesis）认为在皮层发育过程中，由克隆相关神经细胞沿着相同放射状胶质纤维的迁移形成的个体发育，是成体皮层的功能性基础元件，但是科学家们并未找到这两者之间的直接应答。

这项研究发现了虽然小鼠视觉皮层缺乏辨别方向的图像，但是同样放射状克隆（radial clone）中的姐妹神经细胞，具有相似的方向倾向性。这与近期有关姐妹神经细胞兴奋连接倾向性的研究联系在一起，证实了放射单元假说，并且在视觉皮层中统一了个体发育与功能发育。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Clonally related visual cortical neurons show similar stimulus feature selectivity

A fundamental feature of the mammalian neocortex is its columnar organization1. In the visual cortex, functional columns consisting of neurons with similar orientation preferences have been characterized extensively2, 3, 4, but how these columns are constructed during development remains unclear5. The radial unit hypothesis6 posits that the ontogenetic columns formed by clonally related neurons migrating along the same radial glial fibre during corticogenesis7 provide the basis for functional columns in adult neocortex1. However, a direct correspondence between the ontogenetic and functional columns has not been demonstrated8. Here we show that, despite the lack of a discernible orientation map in mouse visual cortex4, 9, 10, sister neurons in the same radial clone exhibit similar orientation preferences. Using a retroviral vector encoding green fluorescent protein to label radial clones of excitatory neurons, and in vivo two-photon calcium imaging to measure neuronal response properties, we found that sister neurons preferred similar orientations whereas nearby non-sister neurons showed no such relationship. Interestingly, disruption of gap junction coupling by viral expression of a dominant-negative mutant of Cx26 (also known as Gjb2) or by daily administration of a gap junction blocker, carbenoxolone, during the first postnatal week greatly diminished the functional similarity between sister neurons, suggesting that the maturation of ontogenetic into functional columns requires intercellular communication through gap junctions. Together with the recent finding of preferential excitatory connections among sister neurons11, our results support the radial unit hypothesis and unify the ontogenetic and functional columns in the visual cortex.

作者简介：

时松海生于中国江苏，1996年毕业于清华大学。目前在旧金山加利福尼亚大学医学院做博士后研究。赴美以来，他作为第一作者在著名杂志《科学》和《细胞》上发表了三篇论文，其中1999年在《科学》杂志上发表的一篇论文被认为是当年的十大科学突破之一。

主要贡献

　时松海的工作主要是结合分子生物学、图片分析和电生理学等方面的专业技术，利用老鼠的大脑切片作为模型，把老鼠大脑内的AMPA受体用荧光蛋白做了标迹，跟踪AMPA受体的变化情况。他在研究中发现，一般情况下神经树突起上的受体数量不到1%，但在“长时程增强效应”发生时，受体会重新分布到树突突起上。神经树突突起是神经树突上的一个结构，主要功能是接受信息。

　　时松海的发现为人类深入理解记忆机制向前迈进了一大步，是一次突破性的发现，这项发现可能为解开记忆原理之谜提供了基础。