小鼠视网膜部分神经节细胞可让它们在黑暗中捕捉到动作。 图片来源：Yao et al., Neuron

在没有月光的夜晚，到达地球的光线甚至低于晴天的万亿分之一。然而，大多数哺乳动物仍然能够看清楚周围并进行活动，即便没有猫眼和其他夜行动物眼睛中增加光线的膜也是如此。通过小鼠开展的一项新研究揭示了这种自然夜视能力如何发挥作用：在黑暗的环境中，视网膜中的动态感知神经细胞会暂时改变相互之间的联系方式。研究人员表示，这一发现未来或对视觉受损的人有所裨益。

科学家对兔子、老鼠、人类和其他哺乳动物的夜视能力已有一定了解。美国马里兰州帕克分校神经学家Joshua Singer说，哺乳动物的视网膜能够对极小量光子做出回应。仅一个光子就能激活视网膜中被称为视杆细胞的光敏细胞，它会通过神经节细胞把短暂的电信号传递给大脑。

有一种神经节细胞可专门感应动作，当一只老鼠被猫头鹰追捕或是一个人躲避迎面而来的车辆时，这一功能便非常重要。但有些方向选择性神经节细胞（DSGC）只有在物体向上移动时才会被激活，还有一些DSGC仅会在物体向下、向左或向右移动时被激活。这些细胞共同决定一个物体朝哪个方向移动，并把信息传递给大脑，然后决定如何行动。

Singer说，DSGC是大脑中为数不多的且被神经学家认为用途已知的若干区域之一。但当光消失后，这些细胞却表现出出乎意料的行为。

为了了解DSGC如何适应黑暗，神经学家Greg Field和北卡罗来纳州杜克大学的同事把小鼠视网膜切片放在镶有电极阵列的微小玻璃托盘上并对其进行了分析。Field说，每个阵列包含约500个电极，但它们非常微小，仅有半毫米。当被浸泡在含氧溶液中时，小鼠视网膜仍能发挥作用，“看得见”动作，电极阵列记录了数百个神经元的电活动。

研究小组通过一个简单的视频展示了被切割开的视网膜，然后把灯光调低到原来的10万分之一，即从典型的办公室级灯光调到月光场景下。Field说，当光线消失后，4个DSGC中有3个对动作的回应保持不变。研究人员在近日发表于《神经元》杂志的报告中称，另外一种通常对上升动作做出回应的DSGC则表现出对更宽泛的动作做出回应，包括下行以及向旁边移动的动作。

Field和同事随后分析了这种对“上行”动作敏感的细胞为什么会表现异常。他们利用4种方向细胞活性的计算机模型总结发现，当“上行”细胞丧失它们倾向于分辨的方向时，它们会提升整体细胞的表现，从而增强DSGC在微弱光线下捕捉动作的能力。

为了了解“上行细胞”如何打通这一功能，研究人员对小鼠进行了基因编辑，使它们感知上升动作的神经元缺乏一种叫作间隙连接的细胞内连接。类似的蛋白质通道可以让化学信号从一个神经元传递到另一个神经元，而且它此前被认为与夜视存在关联。

Field的团队发现，在缺失间隙连接的小鼠视网膜组织中，上行感知细胞不能适应黑暗。作者表示，这意味着至少一些上行感知细胞在微光背景下提高动作分辨能力依赖于间隙连接。

这一发现是否适用于人体尚不清楚，但啮齿类动物的相关发现仍可应用于人工视觉。尽管DSGC约占人类神经节细胞的4%，而在小鼠中则占到20%，但很多新视网膜移植或视觉受损的人仍在很大程度上依赖于电刺激神经节细胞。类似研究或将有助于改善相关技术。“如果你要刺激神经节细胞，那么就需要让它们向大脑发出正确的信号。”Field说。

（晋楠）

相关论文信息：DOI:10.1126/science.aav4172

《中国科学报》 (2018-09-26 第3版 国际)