如何在視網(wǎng)膜上投射的圖像在大腦中重新組裝？慕尼黑和Tuebingen的研究人員發(fā)現(xiàn)視覺(jué)刺激的處理發(fā)生在通往視覺(jué)皮層的最早的路段上 - 但并非所有輸入都被平等對(duì)待。

在人類中，視覺(jué)系統(tǒng)收集了從環(huán)境中收到的所有感官數(shù)據(jù)的80％。為了理解這種大量的光學(xué)信息，視網(wǎng)膜中大約1.3億個(gè)光敏 拾取并轉(zhuǎn)換成 的視覺(jué)輸入被一個(gè)復(fù)雜的神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)輸入和處理。腦。大腦如何設(shè)法完成這項(xiàng)任務(wù)仍然沒(méi)有完全理解。

然而，所涉及步驟的更詳細(xì)圖片對(duì)于人工視覺(jué)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展是必不可少的?，F(xiàn)在，由慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universitaet（LMU）的神經(jīng)生物學(xué)家Laura Busse領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)與Thomas Euler和Philipp Berens合作，成功地揭示了該領(lǐng)域長(zhǎng)期存在爭(zhēng)議的問(wèn)題。在一篇出現(xiàn)在Neuron上的文章中，研究人員證明來(lái)自視網(wǎng)膜的輸入信號(hào)在連接視網(wǎng)膜和 的功能通路中的第一個(gè)神經(jīng)元路中進(jìn)行選擇性處理和加權(quán)。

在小鼠中，撞擊視網(wǎng)膜的視覺(jué)圖像被超過(guò)30種專門的和功能上不同類型的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞接收。這些不同的細(xì)胞類型以不同的方式響應(yīng)來(lái)自光感受器的輸入。例如，一些選擇性地對(duì)暗對(duì)比作出反應(yīng)，而另一些對(duì)特定空間模式敏感。然后，從該視網(wǎng)膜處理步驟發(fā)出的信息流在幾個(gè)平行的通道中傳送到大腦。

“靈長(zhǎng)類動(dòng)物似乎擁有同樣多樣化的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，這也很可能適用于人類，”Busse說(shuō)?！笆褂檬髽?biāo)作為模型系統(tǒng)，我們已經(jīng)詢問(wèn)哪些類型的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞投射到視覺(jué) ，以及到達(dá)那里的信息是否簡(jiǎn)單地傳遞，或者是否經(jīng)過(guò)處理和轉(zhuǎn)換?！?視覺(jué)丘腦是通往大腦皮層途徑的第一個(gè)途徑，這個(gè)處理途徑除其他外，負(fù)責(zé)形式的感知和分析以及物體識(shí)別。

Busse和她的同事提出的兩個(gè)問(wèn)題一直是爭(zhēng)議性辯論的焦點(diǎn)。一方面，功能研究似乎反對(duì)丘腦神經(jīng)節(jié)輸入的處理。然而，最近的解剖學(xué)研究表明，丘腦中的個(gè)體細(xì)胞可以接收來(lái)自超過(guò)90個(gè)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的輸入，這強(qiáng)烈表明這些丘腦細(xì)胞具有選擇性和/或整合性加工作用。

慕尼黑的團(tuán)隊(duì)緊密合作，現(xiàn)在已經(jīng)研究了鼠標(biāo)視覺(jué)丘腦中輸入信號(hào)的變化。他們使用了一系列受控 旨在喚起一系列反應(yīng) - 例如從暗轉(zhuǎn)換為亮或反之亦然，以及對(duì)比度的變化或閃爍信號(hào)周期的變化 - 并分析視網(wǎng)膜和丘腦的反應(yīng)細(xì)胞。他們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)類型的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞確實(shí)將信息傳遞給視覺(jué)丘腦。

然后，他們使用他們的電生理學(xué)測(cè)量結(jié)果構(gòu)建了一個(gè)計(jì)算機(jī)模型，使他們能夠推斷出這些細(xì)胞中有哪些和多少有助于丘腦的反應(yīng)。“該模型表明，單個(gè)丘腦細(xì)胞的反應(yīng)取決于不超過(guò)五種不同類型的 ，”Busse說(shuō)。該細(xì)胞基本上組合了從這五種細(xì)胞類型接收的信號(hào)，但并非所有細(xì)胞都具有相同的重量。相反，從兩種類型的輸入細(xì)胞接收的信息支配由任何給定的丘腦細(xì)胞發(fā)射的輸出信號(hào)。其他三個(gè)信號(hào)貢獻(xiàn)的信號(hào)對(duì)輸出的形式影響不大，。

然而，作者認(rèn)為，由非主導(dǎo)細(xì)胞類型傳遞的微弱信號(hào)可能使視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)計(jì)算錯(cuò)誤更加魯棒 - 例如，在單個(gè)情況下增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)中細(xì)胞之間的功能連接視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)投射到丘腦中的許多不同細(xì)胞。例如，還可以改變信號(hào)的相對(duì)權(quán)重，以允許在學(xué)習(xí)過(guò)程期間動(dòng)態(tài)處理輸入的不同組合?！盁o(wú)論如何，丘腦不僅僅是視網(wǎng)膜和大腦之間的被動(dòng)中繼站。它還可以作為信號(hào)處理站點(diǎn)，在輸入信號(hào)的相對(duì)權(quán)重中發(fā)揮重要作用。”