夜视新类型:或将有助于研发更灵敏的视网膜假体

夜视新类型:或将有助于研发更灵敏的视网膜假体
在显微镜下可以观察到,这个老鼠的视网膜细胞能在暗光条件下探测到任何微弱的运动信号。
摄影:Xiaoyang Yao,Duke University; Amanda J. McLaughlin,University of Victoria
 
撰文:Nadia Drake
 
  处于黑暗环境中的动物必须调整视力以适应多种不同的环境,无论是想要看清周围的事物,还是避免被捕食者吃掉。在大多数情况下,动物眼睛中的感光机制都会改变,以吸收更多昏暗条件下存在的少量光子。
 
  不过,一项新研究发现,至少在老鼠在黑暗环境中使用了一种不同的策略:一种对运动更为敏感的夜视。这篇发表于本周《神经元》杂志的新研究指出,身处黑暗环境中时,一种视觉细胞使老鼠能够对运动更为敏感,这可能有助于它们躲避夜间捕食者。这种细胞位于视网膜。视网膜是眼球后面的一个多层次结构,对视觉至关重要。
 
  目前仍不清楚人类和其它动物是否拥有同样的视觉机制。不过,研究这类独特的视觉机制对研发灵敏的视网膜假体至关重要。
 
  “要想制造出性能良好的视网膜假体,必须了解的一个问题是在特定的视觉场景下,大脑中产生了什么样的信号模式?”研究的合作者、杜克大学的神经生物学者Greg Field说道。
 
  “如果能回答上述问题,那么我们就能知道如何通过电刺激视网膜假体产生那种信号模式。”
 
黑暗中的运动
 
  合成视觉影像是一个极其复杂的过程,需要视网膜的细胞处理大量有关对比度、颜色、运动和方向方面的数据。当各个类型的细胞获取到外界信息后,会传递给大脑,大脑会进行大量的并行加工,最终输出为连贯的场景,整个过程就是一眨眼的工夫。
 
  Field和其团队想知道当光照水平变化时视觉细胞的加工过程如何改变。实际上,他们主要关注的是动作感应细胞在不同光线条件下的变化,研究者将光线条件设置为从明亮的关照条件一直到苍白的月光。
 
  在正常情况下,科学家会移除老鼠的视网膜,将其放在一个电极阵列上,该电极阵列能够记录哪些细胞被不同的视觉刺激激活。在培养皿中,老鼠的视网膜能够存活数小时,并对视觉输入正常反应。接下来,在不同的光线条件下,研究团队会向培养皿中的视网膜播放不同的电影,然后观察激活模式是否存在差别。
 
  “感觉就像观察自己看电影时视网膜的活动,我虽然喜欢这种研究。视网膜依旧能看到,确实有点毛骨悚然的感觉,”Field说道。
 
  但对于这个实验,Field和同事们让一批老鼠在暗光中适应了12小时,以使它们的视网膜能够最大程度上适应暗光条件。接着,为了避免破坏它们的暗适应,科学家使用夜视镜在黑暗环境下实施了复杂的视网膜剥离手术。
 
  “你必须密切注意自己手中的工具,”Field警告说。
 
  之后,研究者向培养皿中的视网膜播放电影时会逐渐增强灯光,同时记录在不同的光线条件下哪些细胞对运动做出了反应。结果研究生Xiaoyang Yao发现,通常在强光下只对“向上”的运动敏感的细胞在暗光中变得不太敏感,对“向上”、“向下”、“向左”和“向右”的运动都会做出反应。
 
  “在暗光条件下,仅仅探测到运动就充满挑战性,”Field说道。“因此视觉系统似乎使这种细胞能进行更灵活的转向,进而使其能探测到更大范围的运动。”
 
寻找平衡
 
  通过这种方式,视觉系统既能够最大程度的探测到运动,同时还能兼顾探测该运动的方向,毕竟对老鼠来说,仅仅知道猫头鹰即将袭来却不知道袭击的方向没有什么用处。只有一种动作敏感细胞增强灵敏度似乎实现了完美的平衡,Field说道。
 
  Field和同事无法完全确定为何“向上”的细胞是唯一能够做到这一点的细胞,不过他们的后续研究表明,这与“向上”细胞的连接网络与其它三种对运动敏感的细胞不同有一定关系。
 
  “它们相互电耦合在一起,这使得它们能在不同光线条件下都能灵活转向,”Field说道。
 
  研究结果非常有趣,斯坦福大学的神经生物学家Andrew Huberman说道。同时他还指出,截至目前这种细胞之所以叫这个名字,是因为人们之前一直以为它只对“向上”的运动做反应。
 
  “Field等人的研究结果将会迫使研究者重新思考如何为这些细胞命名,同时在更广泛的背景下对我们自认为已了解的神经元进行评估,”他说道。“我们在对细胞类型下定义时应该更谨慎,同时确保命名不会阻止研究者对细胞更广泛的功能进行研究。这篇研究充分证明了这一点。”

(译者:流浪狗)
 
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