活斑马鱼幼虫的眼睛去除以检查视觉系统的神经支配依赖性生长和发育

该方法的目的是研究视网膜输入如何影响斑马鱼大脑视觉处理中心视神经技术的生长和发育。通过移除一只眼睛，然后比较视网膜的两侧，可以观察和归一化同一标本内的构造变化，从而能够比较多个标本。现代分子方法与该技术相结合，将深入了解视觉系统生长和发育以及轴突变性和再生的潜在机制。

感觉系统 – 视觉，听觉和躯体感觉 – 从外部器官收集信息并将该信息传递给中枢神经系统，生成中脑外部世界的“地图”^1，2。视觉是几乎所有脊椎动物（包括许多鱼类）的主要感觉方式。视网膜是眼睛中的神经组织，它通过主要由光感受器，双极细胞和视网膜神经节细胞（RGC）组成的神经元回路收集信息，RGC是视网膜的投射神经元。RGC具有长轴突，它们穿过视网膜的内表面到达视神经头，在那里它们束曲并一起穿过大脑，最终终止于背中脑的视觉处理中心。这种结构在鱼类和其他非哺乳动物脊椎动物中被称为视技术，并且与哺乳动物的上丘脑同源³。

视神经结构是背中脑中双侧对称的多层结构。在斑马鱼和大多数其他鱼类中，视神经的每个叶仅接收来自对侧眼的视觉输入，使得左视神经终止于右构造叶，右视神经终止于左构造叶⁴ （图1）。像哺乳动物的对应物，上丘脑一样，视神经构造将视觉信息与其他感官输入（包括试听和躯体感觉）集成在一起，控制视觉注意力和眼球运动（如扫视^1，5，6）的变化。然而，与哺乳动物上丘脑不同，视神经膜不断从称为构造增殖区⁷的内侧和尾部边缘附近的特化干细胞位产生新的神经元和神经胶质细胞。在视神经结构和中枢神经系统其他区域维持增殖祖细胞在一定程度上有助于斑马鱼⁸中记录的显着再生能力。

先前对盲人或独眼鱼大脑的研究表明，视神经结构的大小与其接受的视网膜神经支配量成正比^9，10，11。在成年洞穴鱼中，其眼睛在早期胚胎发生时退化，视神经构造明显小于密切相关的目击面鱼⁹。洞穴鱼眼变性可以通过在胚胎发生过程中用表层鱼的晶状体替换内源性晶状体来阻止。当这些独眼洞穴鱼被饲养到成年期时，神经支配的构造叶比未支配的构造叶⁹含有约10%的细胞。同样，在用化学处理孵育以在同一个体内产生不同大小的眼睛的幼虫基利鱼中，具有更多神经支配的构造体的一侧更大并且包含更多的神经元¹⁰。来自成年金鱼视神经压碎实验的证据表明，神经支配促进增殖，当神经支配被破坏时，构造细胞增殖减少¹¹。

证实并扩展了这些经典研究，最近的几份报告提供了数据，表明响应神经支配的增殖至少部分受到BDNF-TrkB途径^12，13的调节。关于视神经构造细胞生长和发育的许多悬而未决的问题仍然存在，包括发育中的感觉系统如何应对损伤和轴突变性，哪些细胞和分子信号使视网膜输入能够调节视神经构造的生长，当这些机制变得活跃时，以及神经支配相关的增殖和分化是否使视网膜及其靶组织能够协调生长速率并确保准确的视网膜学映射。此外，关于活动依赖性发育还有更大的问题，可以通过用外科手术方法询问斑马鱼视觉系统来解决，如下所述。

为了研究神经活动（特别是来自视觉输入）改变细胞存活和增殖的细胞和分子机制，所述方法直接比较单个斑马鱼幼虫内神经支配和去神经支配的构造叶（图1）。该方法允许记录视神经组织中RGC轴突变性，并确认有丝分裂细胞的数量与神经支配相关。

图1：单侧取眼前后斑马鱼幼虫的草图。 （A）在解剖显微镜下观察的5 dpf幼虫的图纸。每个幼虫都嵌入低熔点琼脂糖中，并横向定向，然后使用带有锋利钩状尖端的钨针将眼睛朝上舀出（在本例中为左眼）。（B） A中描述的手术产生的9 dpf幼虫的背视图图。只有来自右眼的三个高度模式化的RGC轴突显示脱发并与左脑叶中的神经元连接。缩写：dpf = 受精后的天数;dps = 手术后天数;RGC = 视网膜神经节细胞。 请点击此处查看此图的大图。