研究揭示了編碼黑白的皮層回路

雖然有些事情可能“黑白一樣簡(jiǎn)單”，但大腦中的回路卻不是，這讓你有可能分辨黑白。落在視網(wǎng)膜上的明暗圖案為我們周圍的世界提供了大量信息，但科學(xué)家們?nèi)匀徊恢酪曈X皮層中的神經(jīng)回路是如何編碼這些信息的，大腦皮層的一部分在建立負(fù)責(zé)視覺的神經(jīng)表征中起著關(guān)鍵作用。然而，隨著視覺皮層中大多數(shù)神經(jīng)元對(duì)光和暗的選擇性做出反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，事情變得更加清晰。它們將這些信息與其他刺激特征的選擇性相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)視覺場(chǎng)景的詳細(xì)表示。

長(zhǎng)期以來，科學(xué)家們已經(jīng)知道，視網(wǎng)膜中向大腦中、高級(jí)中樞提供信息的神經(jīng)元會(huì)選擇性地對(duì)明亮和黑暗的刺激做出反應(yīng)。對(duì)光刺激有選擇性反應(yīng)的“開”細(xì)胞和對(duì)暗刺激有選擇性反應(yīng)的“關(guān)”細(xì)胞形成了一個(gè)獨(dú)立的平行通道，將信息傳遞給視覺皮層的回路。然而，這就是畫面變得模糊的地方。基于用電極記錄單個(gè)皮層神經(jīng)元的反應(yīng)，似乎一旦ON和OFF通道進(jìn)入皮層，它們就會(huì)收斂到單個(gè)神經(jīng)元上，這是產(chǎn)生新的皮層反應(yīng)特征所必需的收斂：方向選擇性的邊緣。皮層處理的進(jìn)一步階段被認(rèn)為會(huì)導(dǎo)致越來越多的ON和OFF信號(hào)混合，因此單個(gè)神經(jīng)元對(duì)黑暗和明亮刺激的反應(yīng)是相似的。這些結(jié)果提出了一個(gè)顯而易見的問題：如果單個(gè)皮層神經(jīng)元對(duì)黑暗和光明的反應(yīng)是模糊的，那么大腦如何讓我們感知到這些差異呢？

佛羅里達(dá)州馬克斯普朗克神經(jīng)科學(xué)研究所大衛(wèi)菲茨帕特里克實(shí)驗(yàn)室的戈登史密斯和大衛(wèi)惠特尼認(rèn)為是時(shí)候再次討論這個(gè)問題了。他們首次使用新的成像技術(shù)，同時(shí)可視化了活體大腦中數(shù)百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，從而量化了雪貂視覺皮層神經(jīng)元對(duì)光和暗刺激的反應(yīng)。

對(duì)研究小組來說，第一個(gè)驚喜發(fā)生在他們觀察大腦皮層對(duì)均勻的黑暗或明亮刺激的反應(yīng)時(shí)。雖然在以前的研究中沒有觀察到對(duì)均勻亮度變化的反應(yīng)，但史密斯等人不僅可以可視化對(duì)這些刺激做出反應(yīng)的神經(jīng)元，還可以發(fā)現(xiàn)優(yōu)先對(duì)暗刺激和光刺激做出反應(yīng)的神經(jīng)元斑塊。更令人驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)選擇性地對(duì)邊緣方向或刺激運(yùn)動(dòng)方向做出反應(yīng)的皮層神經(jīng)元也優(yōu)先對(duì)黑暗和明亮的刺激做出反應(yīng)。簡(jiǎn)而言之，佛羅里達(dá)科學(xué)家馬克斯普朗克發(fā)現(xiàn)，關(guān)于黑暗和光明的信息仍然存在于視覺皮層大多數(shù)神經(jīng)元的反應(yīng)中。

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