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神经胶质细胞支持神经元的功能。最近的证据表明，星形胶质细胞也参与了大脑的计算。为了探究它们的兴奋性是否以及如何影响大脑计算和运动行为，作者使用了双光子成像，对神经元和放射状星形胶质细胞（RAs）中表达GCaMP的斑马鱼幼虫进行Ca2+成像。发现在视神经顶盖中，RAs在逃逸行为结束后立即同步其Ca2+瞬态。观察到RA同步Ca2+事件是由蓝斑-去甲肾上腺素回路介导的，RA同步化并没有诱导顶盖神经元的直接兴奋或抑制。然而，它调节了神经元之间的方向选择性和长距离功能相关性。此机制支持在切换到警报状态后的冻结行为。这些结果表明，蓝斑（LC）介导的神经-胶质细胞相互作用在行为状态之间的过渡过程中调节视觉系统。斑马鱼表现出自发转变为警报行为状态，这些转变涉及蓝斑的激活，蓝斑通过NE触发腹侧视顶盖中的神经胶质同步，神经胶质细胞调节神经元的方向选择性和功能连接。研究表明，在强烈的感官刺激下，斑马鱼幼虫会改变其行为状态，其特征是逃避反应，然后冻结。这种行为转变是由神经胶质细胞和神经元之间的相互作用介导的，允许神经系统使用长时间常数来调节自身行为。
图一 视顶盖RAs在逃逸行为后同步它们的Ca2+瞬态 为了研究RAs在视觉加工中的功能作用，首先对RAs在OT中自发的Ca2+活性进行了表征。为此，作者使用双光子扫描显微镜对受精后6-7天斑马鱼幼虫进行成像，发现在整个成像的RA种群中，RAs个体零星地显示出同步的Ca2+瞬变，Ca2+的自发增加从顶盖神经膜沿着RA投射传播到位于顶盖心室边界的RA躯体。作者观察到RA同步事件跟随尾部运动。与逃逸行为相关的RA Ca2+瞬变的平均振幅显著大于与小尾偏转相关的平均振幅。RA同步事件通常被组织为一个单个集群。为了验证这一点，首先计算了顶盖RAs的Ca2+瞬态之间的皮尔逊成对相关性。对于零模型和RAs没有同步其活动的时期，正的两两相关性存在显著差异。此外，聚类分析显示，这些相关性被组织为一个单一的聚类。以上结果表明，视顶盖RA同步事件是一种普遍的现象，无论是自发的，或由不同的恐惧或痛苦的感官刺激，能够诱发逃避行为。在OT中诱导RA同步事件的最有力的刺激是轻度电刺激。
图二 视顶盖RA同步特定于视顶盖的腹侧区域 在斑马鱼中，在整个OT中都有RAs。然而，在OT的不同光学平面上，RA活动的双光子Ca2+成像显示，RA同步Ca2+事件是特定于腹侧区域，距离背侧表面60-80mm以内的顶盖区域显示出同步的Ca2+事件，其频率明显较低，振幅较低，两两相关性较低。腹侧区域的特异性不能用不同区域自发活动的差异来解释。以上结果表明，OT腹侧区域的RAs在逃逸运动行为后同步了它们的Ca2+瞬变。
图三 肌肉本体感觉和运动系统在RA Ca2+同步中不起作用 鉴于视顶盖RA同步发生在逃逸运动后几秒钟，肌肉尾部本体感觉可能参与了这一现象。为了验证这一假设，作者对瘫痪幼虫的顶盖RAs进行了双光子Ca2+成像。在这些条件下，RAs仍然显示出自发的Ca2+同步事件。为了检验瘫痪幼虫中这些自发的RA同步Ca2+事件是否确实与逃逸行为有关，使用一种温和的电刺激刺激瘫痪幼虫，能够诱导非瘫痪幼虫的逃逸行为。发现瘫痪幼虫的顶盖RAs在轻度电刺激后立即表现出强劲的同步Ca2+事件。瘫痪幼虫的RA同步Ca2+事件的平均振幅与对照组无显著差异。此外，激光消融网状脊髓回路并没有阻止LC的自发激活和刺激诱导的激活以及OT中的RAs同步。这表明，OT中的RA同步并不依赖于肌肉本体感觉、脊髓中的运动中心或网状-脊髓回路。
图四 顶骨RA的同步化是由NE介导的 在哺乳动物和斑马鱼中，NE诱导星形胶质细胞和RAs中的Ca2+瞬变。因此，作者测试了OT中的RAs是否有NE的释放。为此，在斑马鱼幼虫中表达了神经胶质启动子下的NE的sensor。然后监测了轻度电刺激后OT中RAs细胞膜上的荧光变化。作者观察到，这些刺激诱导了NE的同步释放，从而获得了神经磷脂中RAs的过程。根据RA同步事件对OT腹侧区域的特异性，观察到NE荧光瞬态存在于OT的腹侧部分，但不存在于背侧区域。NE仅在OT的腹侧区域的释放解释了RA同步Ca2+事件对该区域的特异性。为了了解参与RA同步的NE受体，作者使用了两种不同的、特异性的NE受体阻滞剂，发现低浓度的哌唑嗪足以显著减少由轻度电刺激触发的RA同步Ca2+事件。然而，即使在高浓度下，ICI-118551也不能阻止轻度电刺激诱导RA同步。以上结果表明，OT腹侧部分的RA同步化是由腹侧区域NE的特异性释放介导的，通过a1-肾上腺受体发挥作用。
图五 顶盖RA的同步是由LC介导的 在脊椎动物中，LC是NE广泛投射到大脑中的主要来源。因此，作者研究了LC在顶盖RA同步中的作用。首先在LC启动子和RAs下表达EGFP的幼虫进行了成像。观察到LC投射支配OT神经鞘。右半球LC中神经元的光转换显示，LC直接投射到OT的同侧神经膜。为了测试这些LC投射是否触发了RAs的顶盖同步，对LC神经元进行了双光子Ca2+成像，同时监测尾部运动。观察到LC中的神经元在自发和诱导逃逸行为后表现出较大的同步Ca2+瞬变。LC的双光子激光消融阻止了OT中RAs的Ca2+同步事件。此外，双光子激光消融大部分网状脊髓回路并没有干扰OT中的RA同步。因此，RA同步性的显著降低不是由于消融本身，而是由于LC的功能受损。然后对LC进行光遗传刺激，同时监测顶盖RA Ca2+动态。光遗传LC刺激在OT中诱导了类似的RA同步Ca2+事件控制幼虫的逃跑行为。不同事件的时间动态显示，LC活性先于OT中NE的增加，随后是OT中的RA同步。为了检测RA同步Ca2+事件之前的逃逸行为是否由LC介导，作者监测了LC消融的幼虫的尾巴运动。观察到LC消融既不影响自发的，也不影响诱导的尾巴运动。同样，LC光遗传刺激也没有引起任何类型的尾巴运动。激光消融网状脊髓回路和脊髓初始区域的激光横断并不影响OT中的LC活性或RA同步Ca2+事件。总的来说，这些结果表明LC活性对于顶盖RA同步是必要的。这种同步是通过LC直接同侧投射在OT腹侧区域释放NE介导的。此外，逃逸行为和顶盖RA同步似乎是两个独立的平行过程，具有一个共同的输入，而不是有一个因果关系。 在这里，作者观察到RAs在斑马鱼OT中的额外功能作用，能够调节大脑计算和功能连接，以应对不同的大脑行为状态，即大脑的计算和行为状态依赖于星形胶质细胞和神经元之间的协调相互作用。  https:///10.1016/j.neuron.2023.09.022  特别鸣谢 |
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