繪制視覺(jué)空間組織的新路線

地圖制作需要敏銳的眼光、數(shù)學(xué)的精確度和敏銳的審美感，是藝術(shù)和科學(xué)的獨(dú)特應(yīng)用。盡管規(guī)模可能不同，但研究視覺(jué)的神經(jīng)科學(xué)家就像大腦的制圖師一樣。調(diào)查和繪制我們的大腦如何表示和理解我們?cè)谑澜缟峡吹降臇|西。視覺(jué)皮層是負(fù)責(zé)視覺(jué)處理的專門區(qū)域，包含復(fù)雜的神經(jīng)回路，可評(píng)估來(lái)自我們眼睛的信息，并優(yōu)先響應(yīng)顏色、邊緣、運(yùn)動(dòng)和視覺(jué)空間中的位置等視覺(jué)特征。盡管這些信息非常復(fù)雜，但我們的大腦在有效地將神經(jīng)元組織在一起方面做得非常出色，幫助我們更好地理解我們的視覺(jué)景觀。

視覺(jué)皮層采用的一個(gè)主要組織特性稱為視網(wǎng)膜映射，其中的神經(jīng)元以有序的方式排列，以保留來(lái)自視網(wǎng)膜(眼睛的光感應(yīng)部??分)的空間信息。就像墨卡托投影之于制圖一樣，視覺(jué)皮層中的視網(wǎng)膜映射被認(rèn)為遵循一種廣泛采用且特征明確的模式。流行的理論是，像初級(jí)視覺(jué)皮層 (V1) 這樣的大腦區(qū)域遵循一種平滑而簡(jiǎn)單的映射方法。你所看到的就是你得到的;視覺(jué)空間中激活部分視網(wǎng)膜的物體會(huì)以相同的模式點(diǎn)亮大腦中的神經(jīng)元。

盡管在多個(gè)物種中有豐富的證據(jù)支持這種類型的線性映射，但在先前的研究中仍存在一些暗示和其他安排的可能性的小提示和差異。問(wèn)題仍然存在，大腦中是否存在其他空間映射方法?

為了闡明這個(gè)問(wèn)題并挑戰(zhàn)流行的理論，MPFI 菲茨帕特里克實(shí)驗(yàn)室的研究人員首次發(fā)現(xiàn)了視覺(jué)皮層次級(jí)區(qū)域 (V2) 內(nèi)的一種新型空間映射。該團(tuán)隊(duì)最近發(fā)表在Neuron 上，結(jié)合了單細(xì)胞功能成像、計(jì)算建模和連通性研究，揭示了樹(shù)鼩 V2 區(qū)域的正弦或波狀組織。他們令人驚訝的洞察力加深了我們對(duì)視覺(jué)空間神經(jīng)表征的理解，并強(qiáng)調(diào)了視覺(jué)皮層中精確視網(wǎng)膜映射的重要性。

Madineh Sedigh-Sarvestani 博士是 MPFI 的博士后研究員，也是該出版物的第一作者，他加入了 Fitzpatrick 實(shí)驗(yàn)室，有興趣了解經(jīng)過(guò)充分研究的 V1 之外的視覺(jué)區(qū)域的組織、功能和行為聯(lián)系。她的研究始于 V1 的近親 V2，這是一個(gè)在靈長(zhǎng)類動(dòng)物中得到廣泛研究的視覺(jué)區(qū)域，但在適合最近在小鼠身上開(kāi)發(fā)的遺傳工具的動(dòng)物中研究較少。樹(shù)鼩完全符合這一標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗庆`長(zhǎng)類動(dòng)物的近親，并且具有非常適合成像的光滑大腦。利用高分辨率鈣成像，Sedigh-Sarvestani 希望找到一張與 V1 的黃金標(biāo)準(zhǔn)非常相似的視覺(jué)空間圖。

向樹(shù)鼩展示視覺(jué)刺激，視覺(jué)刺激在視野內(nèi)位置不同，該團(tuán)隊(duì)繪制了 V2 中相應(yīng)的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元響應(yīng)視覺(jué)刺激在空間中的位置而點(diǎn)亮。他們?cè)?V2 中發(fā)現(xiàn)了兩張截然不同的地圖。一個(gè)物體的高度圖，它是多高或多低，緊隨其后的是 V1 中的平滑線性圖，但繪制方位角、其中心左側(cè)或右側(cè)的水平位置，顯示出截然不同的正弦曲線或振蕩模式。但是為什么 V1 中存在簡(jiǎn)單的空間圖而 V2 中存在更復(fù)雜的空間圖，區(qū)域形狀的差異會(huì)起作用嗎?為了回答這個(gè)問(wèn)題，MPFI 研究人員轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)建模來(lái)重建大腦中發(fā)現(xiàn)的條件，目標(biāo)是生成優(yōu)化視野覆蓋范圍的空間圖。通過(guò)僅改變形狀，算法發(fā)現(xiàn)方形 V1 區(qū)域的最佳空間圖遵循平滑的線性排列，但對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的 V2，出現(xiàn)了正弦圖，證實(shí)了先前的結(jié)果。為鞏固這一想法，由實(shí)驗(yàn)室組織學(xué)協(xié)調(diào)員 Nicole Shultz 領(lǐng)導(dǎo)的 MPFI 團(tuán)隊(duì)使用彩色染料追蹤從 V1 到 V2 區(qū)域的連接，發(fā)現(xiàn)來(lái)自 V1 的神經(jīng)元投影與 V2 中的正弦圖完美對(duì)齊。

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