大脑甚至在眼睛睁开之前就为双眼视觉扫清了道路

大脑甚至在眼睛睁开之前就为双眼视觉扫清了道路
老鼠视觉皮层的一部分显示了双眼区域的位置(绿色)。在这张图像中,吊灯细胞被染成红色,蓝色是帮助研究人员识别视觉皮层的标记。双目区域的枝形吊灯显然没有那么多。图片来源:王博尔舒恩,冷泉港实验室

为了让大脑做好双眼视觉和深度感知的准备,首先你得取出一些枝形吊灯。

这是一组神经生物学家的结论,他们研究了老鼠大脑中双眼视觉的发展。他们发现,“吊灯细胞”(之所以被命名为“吊灯细胞”,是因为它们有许多长长的延伸,控制着数百个兴奋性锥体神经元的放电,类似于“吊灯灯具”)甚至在老鼠睁眼之前,就通过一种名为“细胞凋亡”的程序性细胞死亡过程,被选择性地从发育中的老鼠视觉皮层中移除。

杜克大学医学院(Duke University School of Medicine)神经生物学教授乔希·黄(Josh Huang)解释说,在发育的第二周修剪掉大约一半的枝形吊灯细胞,可能为某些锥体神经元更活跃扫清了道路,因为枝形吊灯往往对它们的兴奋性有抑制作用。他在长岛的冷泉港实验室任职期间领导了这项研究,由博士后borshuen Wang带头。该研究结果发表在12月7日的杂志上神经元。

黄说:“双目视觉需要两个视觉半球之间的快速通信,接收中央视野的信息。”“我们认为,为了让这种情况发生,调解这种快速通信的区域需要减少抑制,”通过减少抑制吊灯细胞来实现。

黄说,像老鼠和人类这样的哺乳动物所享有的双目视觉是眼睛的物理能力和大脑的解释能力的合作。“许多动物(如蜥蜴)可以用两只眼睛看东西,但它们对来自每只眼睛的视觉信息的处理在很大程度上是独立的。只有在大多数哺乳动物中,视觉世界的中心部分是由两只眼睛看到的,是大脑必须将左右视觉图像组合成一个连贯的单一感知。”

有些双眼系统是由构建视觉通路结构的遗传指令决定的,但更精细的视觉回路则是由视觉经验塑造的。

黄教授说:“大脑发育的整个过程是一个连续的过程,在这个过程中,基因信息在构建大脑网络的更大支架中扮演着重要的角色。”“但后来,学习和经验依赖的过程开始为每个人定制大脑回路的许多细节。我们正在讨论的这种现象正处于基因指示机制和使用依赖机制之间的交叉点。”

更复杂的是,大脑处理双眼视觉有两种不同而协调的方式,黄说。当信号从左右视网膜传递到丘脑时,有些信号会穿过大脑的另一边,有些则不会,但它们会在视觉皮层汇合,从而形成双目视觉。第二种途径是左右视觉皮层,从视网膜接收信息,通过胼胝体胼胝体(大脑半球之间的连接),通过胼胝体胼胝体的胼胝体神经元进行交流。这进一步提高了双眼视力。

在出生后的第二周和眼睛睁开之前,发育中的老鼠的视网膜产生活动波,通过减少抑制性枝形吊灯细胞的密度,帮助组织视觉皮层。这是通过指示胼胝体神经元杀死一半的吊灯细胞来实现的。研究人员表明,阻断这些视网膜输入可以防止视觉皮层的枝形细胞修剪。

当他们在实验上阻止一些老鼠修剪枝形吊灯时,这些老鼠没有通过3d视觉感知测试,但在其他方面似乎能看到和行为正常。为了证实枝形吊灯修剪是由视网膜活动驱动的,而没有任何视觉输入,幼崽在完全黑暗的环境中长大。枝形吊灯的修剪依然在进行。

黄说:“最可能的是,胼胝体神经元杀死吊灯细胞不是随机的,而是适当的双目电路组装的一个步骤。”当年轻的枝形吊灯细胞开始形成连接时,那些形成“错误连接”、可能减缓胼胝体通路的细胞可能被选择性地杀死,而其他有助于视觉处理的细胞则被保留下来。当修剪被阻断时,剩余的枝形吊灯细胞中有很大一部分出现发育不良。这些,他认为,是应该被修剪的。


进一步探索

吊灯细胞是如何点亮大脑的

更多信息:“视网膜和胼胝体活动依赖的吊灯细胞消除形成初级视觉皮层的双眼视功能,”,王borshuen, Maria Sol Bernardez Sarria,徐安,何淼,Nazia M. Alam, Glen T. Prusky, Michael C. Crair, Z. Josh Huang。神经元(2020)。DOI: 10.1016 / j.neuron.2020.11.004
期刊信息: 神经元

引用:大脑在眼睛睁开之前就为双目视觉扫清了道路(2020年,12月7日),检索自2022年6月16日//www.pyrotek-europe.com/news/2020-12-problems-depth-perception-cells.html
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