處于黑暗環(huán)境中的動(dòng)物必須調(diào)整視力以適應(yīng)多種不同的環(huán)境，無(wú)論是想要看清周圍的事物，還是避免被捕食者吃掉。在大多數(shù)情況下，動(dòng)物眼睛中的感光機(jī)制都會(huì)改變，以吸收更多昏暗條件下存在的少量光子。
不過(guò)，一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，至少在老鼠在黑暗環(huán)境中使用了一種不同的策略：一種對(duì)運(yùn)動(dòng)更為敏感的夜視。這篇發(fā)表于本周《神經(jīng)元》雜志的新研究指出，身處黑暗環(huán)境中時(shí)，一種視覺(jué)細(xì)胞使老鼠能夠?qū)\(yùn)動(dòng)更為敏感，這可能有助于它們躲避夜間捕食者。這種細(xì)胞位于視網(wǎng)膜。視網(wǎng)膜是眼球后面的一個(gè)多層次結(jié)構(gòu)，對(duì)視覺(jué)至關(guān)重要。
目前仍不清楚人類和其它動(dòng)物是否擁有同樣的視覺(jué)機(jī)制。不過(guò)，研究這類獨(dú)特的視覺(jué)機(jī)制對(duì)研發(fā)靈敏的視網(wǎng)膜假體至關(guān)重要。
“要想制造出性能良好的視網(wǎng)膜假體，必須了解的一個(gè)問(wèn)題是在特定的視覺(jué)場(chǎng)景下，大腦中產(chǎn)生了什么樣的信號(hào)模式？”研究的合作者、杜克大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)者Greg Field說(shuō)道。
“如果能回答上述問(wèn)題，那么我們就能知道如何通過(guò)電刺激視網(wǎng)膜假體產(chǎn)生那種信號(hào)模式。”
黑暗中的運(yùn)動(dòng)
合成視覺(jué)影像是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，需要視網(wǎng)膜的細(xì)胞處理大量有關(guān)對(duì)比度、顏色、運(yùn)動(dòng)和方向方面的數(shù)據(jù)。當(dāng)各個(gè)類型的細(xì)胞獲取到外界信息后，會(huì)傳遞給大腦，大腦會(huì)進(jìn)行大量的并行加工，最終輸出為連貫的場(chǎng)景，整個(gè)過(guò)程就是一眨眼的工夫。
Field和其團(tuán)隊(duì)想知道當(dāng)光照水平變化時(shí)視覺(jué)細(xì)胞的加工過(guò)程如何改變。實(shí)際上，他們主要關(guān)注的是動(dòng)作感應(yīng)細(xì)胞在不同光線條件下的變化，研究者將光線條件設(shè)置為從明亮的關(guān)照條件一直到蒼白的月光。
在正常情況下，科學(xué)家會(huì)移除老鼠的視網(wǎng)膜，將其放在一個(gè)電極陣列上，該電極陣列能夠記錄哪些細(xì)胞被不同的視覺(jué)刺激激活。在培養(yǎng)皿中，老鼠的視網(wǎng)膜能夠存活數(shù)小時(shí)，并對(duì)視覺(jué)輸入正常反應(yīng)。接下來(lái)，在不同的光線條件下，研究團(tuán)隊(duì)會(huì)向培養(yǎng)皿中的視網(wǎng)膜播放不同的電影，然后觀察激活模式是否存在差別。
“感覺(jué)就像觀察自己看電影時(shí)視網(wǎng)膜的活動(dòng)，我雖然喜歡這種研究。視網(wǎng)膜依舊能看到，確實(shí)有點(diǎn)毛骨悚然的感覺(jué)，”Field說(shuō)道。
但對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)ield和同事們讓一批老鼠在暗光中適應(yīng)了12小時(shí)，以使它們的視網(wǎng)膜能夠最大程度上適應(yīng)暗光條件。接著，為了避免破壞它們的暗適應(yīng)，科學(xué)家使用夜視鏡在黑暗環(huán)境下實(shí)施了復(fù)雜的視網(wǎng)膜剝離手術(shù)。
“你必須密切注意自己手中的工具，”Field警告說(shuō)。
之后，研究者向培養(yǎng)皿中的視網(wǎng)膜播放電影時(shí)會(huì)逐漸增強(qiáng)燈光，同時(shí)記錄在不同的光線條件下哪些細(xì)胞對(duì)運(yùn)動(dòng)做出了反應(yīng)。結(jié)果研究生Xiaoyang Yao發(fā)現(xiàn)，通常在強(qiáng)光下只對(duì)“向上”的運(yùn)動(dòng)敏感的細(xì)胞在暗光中變得不太敏感，對(duì)“向上”、“向下”、“向左”和“向右”的運(yùn)動(dòng)都會(huì)做出反應(yīng)。
“在暗光條件下，僅僅探測(cè)到運(yùn)動(dòng)就充滿挑戰(zhàn)性，”Field說(shuō)道?！耙虼艘曈X(jué)系統(tǒng)似乎使這種細(xì)胞能進(jìn)行更靈活的轉(zhuǎn)向，進(jìn)而使其能探測(cè)到更大范圍的運(yùn)動(dòng)?！?/p>
尋找平衡
通過(guò)這種方式，視覺(jué)系統(tǒng)既能夠最大程度的探測(cè)到運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還能兼顧探測(cè)該運(yùn)動(dòng)的方向，畢竟對(duì)老鼠來(lái)說(shuō)，僅僅知道貓頭鷹即將襲來(lái)卻不知道襲擊的方向沒(méi)有什么用處。只有一種動(dòng)作敏感細(xì)胞增強(qiáng)靈敏度似乎實(shí)現(xiàn)了完美的平衡，F(xiàn)ield說(shuō)道。
Field和同事無(wú)法完全確定為何“向上”的細(xì)胞是唯一能夠做到這一點(diǎn)的細(xì)胞，不過(guò)他們的后續(xù)研究表明，這與“向上”細(xì)胞的連接網(wǎng)絡(luò)與其它三種對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感的細(xì)胞不同有一定關(guān)系。
“它們相互電耦合在一起，這使得它們能在不同光線條件下都能靈活轉(zhuǎn)向，”Field說(shuō)道。
研究結(jié)果非常有趣，斯坦福大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)家Andrew Huberman說(shuō)道。同時(shí)他還指出，截至目前這種細(xì)胞之所以叫這個(gè)名字，是因?yàn)槿藗冎耙恢币詾樗粚?duì)“向上”的運(yùn)動(dòng)做反應(yīng)。
“Field等人的研究結(jié)果將會(huì)迫使研究者重新思考如何為這些細(xì)胞命名，同時(shí)在更廣泛的背景下對(duì)我們自認(rèn)為已了解的神經(jīng)元進(jìn)行評(píng)估，”他說(shuō)道?！拔覀?cè)趯?duì)細(xì)胞類型下定義時(shí)應(yīng)該更謹(jǐn)慎，同時(shí)確保命名不會(huì)阻止研究者對(duì)細(xì)胞更廣泛的功能進(jìn)行研究。這篇研究充分證明了這一點(diǎn)?！?/p>
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