AsianScientist（2026年4月28日）——光线并非只到达眼睛。在鱼类、青蛙和鸟类等非哺乳类脊椎动物中，感光细胞分布于视网膜以外的组织中，包括大脑深处。松果体就是这样一种结构，它是一个小型感光器官，其细胞直接对环境光做出反应。在斑马鱼中，松果体在垂直运动中发挥作用。
与眼睛不同，松果体并不形成图像。相反，它包含一些特殊的细胞，这些细胞能够比较不同波长的光，自行区分紫外线和可见光。一项发表在……上的研究表明，松果体能够识别不同波长的光，并能够识别紫外线和可见光。 美国“国家科学院的诉讼中大阪市立大学的研究人员发现了一种有助于垂直运动的神经回路，该回路会影响幼虫在光波长变化时是向水面游还是向水底游。
研究人员重点关注了视蛋白1 (PP1)，这是一种存在于松果体中的光敏蛋白，它可以根据吸收的光波长在两种稳定形式之间切换。紫外光会激活PP1的信号传导状态，而可见光则会抑制这种状态。这使得PP1能够编码波长的变化，而不仅仅是亮度的变化。
为了追踪这一神经回路，研究团队采用了全脑钙成像技术。“斑马鱼幼体的透明性意味着我们可以观察到神经细胞中钙水平的变化，并将其转化为荧光强度的变化，从而测量神经活动的强度，”该研究的资深作者小柳光正教授说道。
一项关键挑战在于如何在完整且对光敏感的动物体内将松果体信号与视网膜信号分离。研究团队设计了一种光刺激方案，利用PP1自身的开关特性，从而能够区分松果体反应和通过眼睛传入的视觉输入。运用这种方法，他们追踪了PP1驱动的颜色信号从松果体到大脑被盖区的过程。
“我们的研究表明，被盖整合了来自眼睛的视觉信息，并将其与松果体检测到的颜色信息结合起来，”论文第一作者和田诚二说。“这些整合后的信号随后会影响鱼类的上下游泳行为。”
为了证实被盖的作用，研究人员使用靶向激光选择性地消融了相关神经元。含有这些神经元的幼虫对光照变化的垂直运动反应显著降低，而接受假手术的幼虫则不受影响，这表明松果体到被盖的回路参与了幼虫向上游动或向下游动的决定。
研究结果表明，斑马鱼会比较来自两个不同感觉器官的光输入，并将这些信息转化为游泳决策。大脑似乎并非仅仅依赖眼睛，而是会将松果体的颜色信息与视觉输入进行权衡，而脑被盖则起到整合作用。
作者指出，该回路是在幼虫中发现的，目前尚不清楚类似的松果体到被盖的通路是否在成年斑马鱼或其他非哺乳类脊椎动物中发挥作用。如果存在，这项研究表明，看似简单的上下游动可能比之前认为的更为复杂，是由光信号的比较所引导的。
“这些发现揭示了动物如何处理视觉信息，推进了利用光技术分析神经回路的方法，并拓展了行为控制领域的研究，”该研究的通讯作者寺田昭久教授表示。“未来，这些发现有望应用于神经科学和生物医学领域，例如利用基于PP1的光遗传学技术识别神经回路。”
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来源: 大阪都立大学图片来源：kichigin/Freepik
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