根據(jù)阿爾托大學(xué)和赫爾辛基大學(xué)的新研究，老鼠使用特定的神經(jīng)通路來(lái)檢測(cè)陰影，它可以檢測(cè)到幾乎最暗的陰影。人眼也有同樣的神經(jīng)回路，研究人員認(rèn)為它可以用來(lái)以前所未有的分辨率探測(cè)視覺疾病。
為了測(cè)試陰影檢測(cè)，研究人員將老鼠放在幾乎沒有光線的迷宮中。出口處有一個(gè)黑點(diǎn)，與周圍的黑暗幾乎沒有區(qū)別。通過(guò)跟蹤小鼠如何穿過(guò)迷宮并測(cè)量眼睛后部(視網(wǎng)膜)神經(jīng)元的活動(dòng)，研究小組表明，一組稱為 OFF 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的視網(wǎng)膜細(xì)胞檢測(cè)到了極小的光照水平下降。
“我們的目標(biāo)是從分子一直到行為，”在阿爾托和赫爾辛基大學(xué)聯(lián)合任命的 Petri Ala-Laurila 教授說(shuō)。這項(xiàng)研究建立在他小組的早期工作基礎(chǔ)上，該工作表明，ON 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞用于檢測(cè)黑暗中非常微弱的光斑。“相反的任務(wù)是檢測(cè)最暗的陰影，其中只有幾個(gè)光子丟失。我們的假設(shè)是，這就是最敏感的 OFF 細(xì)胞在星光下所做的事情，因?yàn)樗鼈儠?huì)根據(jù)陰影提高發(fā)射率，”Ala-Laurila 說(shuō).
該團(tuán)隊(duì)還根據(jù)光感受器和神經(jīng)通路的物理特性計(jì)算了陰影檢測(cè)的基本極限。在考慮了不可避免的損失(例如，并非所有撞擊受體的光子都被吸收)后，他們發(fā)現(xiàn)小鼠的行為和視網(wǎng)膜活動(dòng)非常接近完美的反應(yīng)。“我們嚴(yán)格限制的模型強(qiáng)調(diào)，視覺引導(dǎo)的行為和最敏感的 OFF 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞幾乎都是完美的陰影檢測(cè)器，”該研究的共同第一作者之一 Johan Westö 博士說(shuō)。
為了發(fā)現(xiàn)這些差異，這項(xiàng)研究必須在幾乎完全黑暗的環(huán)境中進(jìn)行。該研究的另一位第一作者 Nataliia Martyniuk 說(shuō)：“視覺系統(tǒng)對(duì)最暗陰影的靈敏靈敏度對(duì)我們?cè)谶@些極低光照水平下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)提出了很高的技術(shù)要求。”在更高的光照水平下，更多的視網(wǎng)膜電路被激活，這將使分析變得非常具有挑戰(zhàn)性。
“可以檢測(cè)到非常暗淡的陰影。即使從幾千個(gè)視桿受體中丟失的幾個(gè)光子也足以讓動(dòng)物檢測(cè)到陰影，”Ala-Laurila 說(shuō)。“這可能與檢測(cè)陰影的巨大進(jìn)化需求有關(guān)，因?yàn)槔鲜蠛推渌麆?dòng)物已經(jīng)進(jìn)化到在非常低的光照水平下避開捕食者。”
這些發(fā)現(xiàn)表明，理解入射光的過(guò)程——將其轉(zhuǎn)化為心理圖像——是如何分布在視網(wǎng)膜中執(zhí)行不同計(jì)算任務(wù)的不同細(xì)胞類型中的。在眼睛內(nèi)，來(lái)自數(shù)千個(gè)受體的輸入級(jí)聯(lián)到 ON 和 OFF 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，它們分別充當(dāng)專門檢測(cè)光和陰影的模塊。
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