神经科学家找到了更自然的方法来研究视觉

多年来，神经科学实验一直依赖于精心控制的条件。老鼠在小型跑步机上原地奔跑，而不是自由奔跑。或者它们被精心训练去做一些容易测量的任务，这些任务不会模仿它们在野外的行为。即使在人体实验中，人们也一动不动地坐在功能磁共振成像仪中，看着屏幕上的图像。

这类实验让科学家们对大脑如何工作有了坚实的基础理解。但它们也消除了许多执行看似简单行为的复杂性。科学家们仍然不明白我们的视觉系统是如何让我们完成日常活动的，比如在杂乱的桌子上找铅笔或在岩石小径上奔跑。

因此，随着技术的进步，神经科学家正在突破传统实验的界限，以更自然的方式研究大脑。UO神经科学家Cris Niell是这一不断发展的运动的一部分。在最近的两篇论文中，他的团队开发了研究老鼠视觉的方法，这些方法更真实地代表了动物在实验室之外的世界中导航的方式。

"而不是把远景想成眼科检查或者在电脑屏幕上Zoom会议，我们正试图研究视觉在真实的三维世界中是如何工作的，在这个世界中，我们四处走动，与人和物体互动，”尼尔说。

在第一篇论文中，发表于eLife，尼尔的团队评估了老鼠如何判断距离。他们让动物们在两个平台之间跳过一个大间隙。这些平台之间的距离各不相同，所以每次跳跃时，老鼠都必须观察情况，并决定准备多大的跳跃力度。

研究人员发现，这些动物并不仅仅依赖双目视觉线索。老鼠仍然可以在遮住一只眼睛的情况下完成跳跃，这消除了两只眼睛之间图像的微小差异，而这种差异通常有助于人们感知深度。相反，Niell的团队认为老鼠可能利用了一种叫做运动视差的现象:在这种现象中，远处的物体似乎比近处的物体移动得更慢。

他们注意到，遮住一只眼睛的老鼠会花更多的时间通过上下移动头部来寻找缝隙，就像一只猫在寻找是否要跳到书架顶部一样。研究人员提出，在没有双目深度线索的情况下，头部的运动让老鼠利用运动视差来判断距离。如果把动物的头固定在一个更可控的实验装置上，就无法捕捉到这种细微差别。

尼尔实验室的前博士后研究员菲尔·帕克(Phil Parker)说:“对老鼠的视觉能力有很多怀疑，我认为到目前为止，很多研究都集中在双眼视觉上，因为这与我们有很多联系。”他领导了这项实验，现在正在罗格斯大学(Rutgers University)开设自己的实验室。“但如果你比较他们在两种情况下的表现，他们没有失去表现的事实表明，这些(单目)线索是强大的。”

第二篇论文发表在神经元在美国，该团队设计了一个系统，可以记录小鼠在探索一个大型竞技场时的大脑活动。他们给老鼠安装了一个头戴式摄像头，就像一个微型GoPro。相机记录下老鼠的眼睛和视野，而电极同时捕捉大脑的活动．

然后，研究人员开发了一种机器学习工具，将电极记录与老鼠的运动和眼睛定位同步。他们可以确定老鼠在看什么，以及它的大脑在任何时候的反应。

这个实验让他们了解了翻译的复杂性神经活动变成一个视觉场景。对于老鼠来说，“神经活动不仅仅取决于你所看到的东西;这也取决于你看的地方，”领导机器学习分析开发的研究生埃利奥特·亚伯说。

也就是说，大脑对眼睛和头部的位置都有影响，所以当你看到直接在你面前的同一物体时，神经的反应与你必须向左或向右看才能看到它时的反应是不同的。将行为研究与神经记录相结合，可以让研究人员更好地理解这些不同类型的信号是如何在大脑中结合的。

尼尔的团队计划在未来的工作中基于这两项研究的技术和发现老鼠，他可能对人类的大脑,太。

帕克说:“我认为这个方向最酷的地方在于，通过尝试研究老鼠，而不是把以人类为中心的行为和任务强加给动物，它实际上可以让我们比以前更多地将神经科学与人类联系起来。”

因为所有动物的大脑都需要解决类似的挑战，比如弄清楚某物有多远，所以研究老鼠的自然行为可以让研究人员归纳出人类自然行为的类型。

尼尔和他的同事在最近的一篇评论论文中写道当代生物学“自然行为是大脑的语言。”与典型的实验室实验相反，这是大脑进化的目的。因此，自然行为可以为理解包括人类在内的整个动物界的视觉是如何工作的提供一种罗塞塔石碑(Rosetta stone)。