同时监视大脑视觉中枢的数千个神经元
科学家们用特制的显微镜观察老鼠的大脑，追踪了整个视觉皮层中单个神经元的活动。
这些记录是在动物看到屏幕上的线索后的十分之一秒内录制的，揭示了理解眼睛所看到的东西所涉及的复杂动态。霍华德休斯医学研究所研究员马克·施尼策尔的团队在杂志上报告说，研究结果以前所未有的广度和细节结合，描述了6只老鼠在5天内21,000多个神经元的行为自然2022年5月18日。
他的团队是第一个观察到大脑中八个与视觉有关的部分同时发生单个细胞活动的人。“人们以前研究过这些大脑区域，但之前的成像研究没有对整个大脑区域进行细胞分辨率视觉皮层斯坦福大学的神经科学家施尼策尔说。
这项研究强调了大脑从接收到眼睛信息的那一刻起，直到大脑决定如何对这一视觉做出反应，所展开的一系列戏剧性事件。冷泉港实验室(Cold Spring Harbor Laboratory)的计算神经科学家Tatiana Engel没有参与这项研究，她说，研究人员的影响深远但粒度细的成像方法使他们有可能收集到一组“难以置信的”数据。
她说，虽然之前的研究已经探索了这一过程的一些方面，比如单个神经元活动的变化和大大脑区域之间的协调，但这项研究提供了一个广阔的新视角。“他们能够解决这些问题的规模令人印象深刻。”
当眼睛看到图像时，它们会发送电信号最后到达视觉皮层，即大脑靠近后脑的皱巴巴的外层。在那里，当神经元一起工作来注册一个图像，评估它，并决定如何回应时，信号触发了一连串的活动。
为了捕捉视觉皮层的活动，施尼策尔和他的同事们建造了一个具有宽视野的定制显微镜。他们的系统还能以千分之几毫米的分辨率捕捉细节，小到足以检测单个神经元。通过使用基因工程小鼠，其神经元在发送信号时发出荧光，该团队可以观察这些细胞的活动。
在该团队的实验中，老鼠必须在两种选择中做出选择视觉线索．一个提示提示动物们舔一个壶嘴来喝糖水，另一个提示提示“不要舔”。这些老鼠在五天内完成了许多这样的测试。
通过对老鼠大脑的记录，研究小组提出了一个简单的问题:当我们看到某些东西时，大脑会发生什么?他们的研究结果以几分之一秒的时间分辨率展示了这个看不见的过程，并揭示了惊人的细微差别。
例如，科学家们已经知道，单个神经元在对视觉信号通过眼睛传达。但是Schnitzer团队的实验揭示了这种不可靠行为的模式。这种模式可以使接收神经元信号的大脑区域更容易理解它们，并准确地解释视觉场景。
研究人员还记录了在视觉线索出现约200毫秒后，动物如何转换思维模式:来自眼睛的信息促使大脑不同区域的活动发生大规模重组。大约500毫秒后，这种激增消退，活动变得更加稳定和可识别。接下来,大约600毫秒后来，另一个信号出现了，激活了所有8个大脑区域．这个信号编码了动物的决定:是保持静止，还是去喝糖水。研究人员学会了如何读取信号，因此他们可以预测老鼠会做出什么样的反应。
“令人着迷的是大脑是在眼睛看到刺激后立即做的，”施尼策尔说。
