瞳孔扩张:感知的窗口

眼睛常被称为“心灵的窗户”。事实上，这在神经生物学上是有一定道理的。来自德国Göttingen大学和Tübingen大学以及休斯顿贝勒医学院的一个国际研究团队现在能够提供答案，为什么瞳孔大小不仅受光等感官刺激的影响，还受我们的内在状态(如恐惧、兴奋或注意力)的影响。

研究结果发表在最新一期的自然，这有助于解释不仅在人类身上，在其他脊椎动物身上，瞳孔大小的这种快速、依赖状态的变化是否会影响我们感知周围环境的方式。

数据分析的人工智能

研究人员通过调查瞳孔大小的状态依赖性变化如何影响小鼠的视力开始了他们的工作。

当眼睛把光转换成神经活动在美国，大脑对解读视觉场景至关重要，”Tübingen大学眼科研究所研究小组组长、该研究的第一作者Katrin Franke博士说。

在他们的实验中，研究人员向老鼠展示了不同颜色的图像，并记录了数千个单个神经元在视觉皮层这是大脑中与视觉感知特别相关的区域。根据这些录音，他们用了很深的神经网络建立一个计算机模型作为大脑皮层的数字双胞胎，模拟大脑中大量神经元的反应。然后，他们使用这个计算机模型来识别每个神经元的最佳视觉光刺激，即每个神经元的“最喜欢的图像”。

对视觉感知的影响

这个模型揭示了一件非常有趣的事情:当老鼠由于警觉状态而放大瞳孔时，神经元的颜色敏感度在几秒钟内从绿色光变为蓝色光，这意味着神经元在安静状态下对绿色更敏感，而在活跃状态下对紫外线更敏感。

对于那些从上半脑采集刺激来观察天空的神经元来说，情况尤其如此。在随后的实验中，他们能够证实这也发生在真正的生物神经元中。

在扩大瞳孔的眼药水的帮助下，研究人员能够模拟出即使在安静的大脑状态下，对蓝光的更高敏感性。

“这些结果清楚地表明，由于大脑处于警觉状态而导致的瞳孔扩张会直接影响视觉灵敏度，可能还会影响视觉感知。其机制是瞳孔越大，进入眼睛的光线就越多，视网膜上不同类型的光感受器就会增多，从而间接改变视觉皮层的颜色敏感度。”弗兰克说。

但是这种视觉灵敏度的变化有什么好处呢?康斯坦丁·威勒克是这项研究的共同第一作者，也是贝勒大学神经科学副教授法比安·辛茨博士领导的研究小组的成员，他说:“我们能够表明，神经对蓝色的光这可能有助于老鼠在蓝天下更好地识别捕食者。”

的计算机模型研究人员创建的这个系统在许多方面也被证明是有用的。研究人员希望其他人可以使用这个模型进行进一步的实验，以理解视觉处理。

“结合高吞吐量实验数据人工智能建模开启了神经科学研究的新纪元。它们使我们能够提取真实世界的精确数字双胞胎生物系统Sinz说。他目前是Göttingen大学的教授，也是这项研究的主要研究员之一。“有了这些数字双胞胎，我们基本上可以在一台计算机上进行无限数量的实验。特别是，我们可以利用它们产生关于生物系统的非常具体的假设，然后我们可以在生理实验中验证这些假设。”

贝勒大学神经科学和人工智能中心教授兼主任Andreas Tolias博士也是这项研究的首席研究员，他说:“研究发现，大脑状态相关的变化瞳孔的大小影响视觉敏感度对我们理解视觉的意义远远超出了对老鼠捕食者的检测。现在，进一步的研究问题出现了:许多其他动物的知觉是如何受到这种效应的影响的。因此，我们眼睛里的瞳孔不仅可以成为心灵的窗户，还可以根据我们的内心状态随时改变我们感知世界的方式。”