如何在視網(wǎng)膜上投射的圖像在大腦中重新組裝？慕尼黑和Tuebingen的研究人員發(fā)現(xiàn)視覺刺激的處理發(fā)生在通往視覺皮層的最早的路段上 - 但并非所有輸入都被平等對待。

在人類中，視覺系統(tǒng)收集了從環(huán)境中收到的所有感官數(shù)據(jù)的80％。為了理解這種大量的光學信息，視網(wǎng)膜中大約1.3億個光敏 拾取并轉換成 的視覺輸入被一個復雜的神經(jīng)細胞網(wǎng)絡輸入和處理。腦。大腦如何設法完成這項任務仍然沒有完全理解。

然而，所涉及步驟的更詳細圖片對于人工視覺系統(tǒng)的進一步發(fā)展是必不可少的?，F(xiàn)在，由慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universitaet（LMU）的神經(jīng)生物學家Laura Busse領導的團隊與Thomas Euler和Philipp Berens合作，成功地揭示了該領域長期存在爭議的問題。在一篇出現(xiàn)在Neuron上的文章中，研究人員證明來自視網(wǎng)膜的輸入信號在連接視網(wǎng)膜和 的功能通路中的第一個神經(jīng)元路中進行選擇性處理和加權。

在小鼠中，撞擊視網(wǎng)膜的視覺圖像被超過30種專門的和功能上不同類型的神經(jīng)節(jié)細胞接收。這些不同的細胞類型以不同的方式響應來自光感受器的輸入。例如，一些選擇性地對暗對比作出反應，而另一些對特定空間模式敏感。然后，從該視網(wǎng)膜處理步驟發(fā)出的信息流在幾個平行的通道中傳送到大腦。

“靈長類動物似乎擁有同樣多樣化的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞，這也很可能適用于人類，”Busse說。“使用鼠標作為模型系統(tǒng)，我們已經(jīng)詢問哪些類型的神經(jīng)節(jié)細胞投射到視覺 ，以及到達那里的信息是否簡單地傳遞，或者是否經(jīng)過處理和轉換?！?視覺丘腦是通往大腦皮層途徑的第一個途徑，這個處理途徑除其他外，負責形式的感知和分析以及物體識別。

Busse和她的同事提出的兩個問題一直是爭議性辯論的焦點。一方面，功能研究似乎反對丘腦神經(jīng)節(jié)輸入的處理。然而，最近的解剖學研究表明，丘腦中的個體細胞可以接收來自超過90個視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的輸入，這強烈表明這些丘腦細胞具有選擇性和/或整合性加工作用。

慕尼黑的團隊緊密合作，現(xiàn)在已經(jīng)研究了鼠標視覺丘腦中輸入信號的變化。他們使用了一系列受控 旨在喚起一系列反應 - 例如從暗轉換為亮或反之亦然，以及對比度的變化或閃爍信號周期的變化 - 并分析視網(wǎng)膜和丘腦的反應細胞。他們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)類型的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞確實將信息傳遞給視覺丘腦。

然后，他們使用他們的電生理學測量結果構建了一個計算機模型，使他們能夠推斷出這些細胞中有哪些和多少有助于丘腦的反應?！霸撃Ｐ捅砻鳎瑔蝹€丘腦細胞的反應取決于不超過五種不同類型的 ，”Busse說。該細胞基本上組合了從這五種細胞類型接收的信號，但并非所有細胞都具有相同的重量。相反，從兩種類型的輸入細胞接收的信息支配由任何給定的丘腦細胞發(fā)射的輸出信號。其他三個信號貢獻的信號對輸出的形式影響不大，。

然而，作者認為，由非主導細胞類型傳遞的微弱信號可能使視覺系統(tǒng)對計算錯誤更加魯棒 - 例如，在單個情況下增強網(wǎng)絡中細胞之間的功能連接視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)投射到丘腦中的許多不同細胞。例如，還可以改變信號的相對權重，以允許在學習過程期間動態(tài)處理輸入的不同組合。“無論如何，丘腦不僅僅是視網(wǎng)膜和大腦之間的被動中繼站。它還可以作為信號處理站點，在輸入信號的相對權重中發(fā)揮重要作用?！?/p>