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视网膜识别运动目标的工作模式

已有 8402 次阅读 2014-5-6 05:48 |个人分类:自然科学|系统分类:科研笔记

对小鼠视网膜神经联系的详细分析,将有助于回答长期困惑人的一个问题,人眼如何探测运动目标。通过大量志愿者在线游戏参与研究的形式,研究人员证明视网膜上,两个在分布在同一个方向的视觉感受细胞,共同引起第三个细胞放电,能识别在视野中运动的图像。


生理学研究证明,大脑是视觉形成的最重要基础,或者说视觉需要大脑功能,但这并不完全正确,因为视网膜也能参与某些视觉信息的分析。50年前,科学家就证明哺乳动物视网膜对运动物体的方向很敏感。但是,科学家一直不能很好地解释这个现象。

当光线到达视网膜后,光感受细胞可以捕获光子,将信息转换为动作电位,并向视网膜深部传送,单个光感受细胞对运动不敏感。MIT神经科学家Jinseop Kim希望回答这个疑问,感受运动的信息可能存在于多种类型的细胞的联系之间。光感受细胞通过双极细胞中继光信号,双极细胞提有两个突起分别伸向两个相反方向。双极细胞将信号传递给无长突细胞,其突起兼有树突和轴突的特点。在内网层与双极细胞神经元的轴突、节细胞及网间细胞的突起形成突触。

无长突细胞有各个方向的突起,会将信号按照光线的方向传递给视神经,然后传递到大脑。


为理解双极细胞和无长突细胞的联系方式,Kim等用高分辨率电子显微镜图像分析了小鼠视网膜,并在2200名在线公民科学游戏项目“眼睛线路”成员共同协助下,该游戏建立的目的是帮助解决大脑图项目完成需要的巨量人工操作问题。游戏者通过对细胞突起路线进行标记,以完成一个高分辨率视网膜线路图。重建的视网膜图谱已经发表在《自然》杂志上。结果显示,一个双极细胞一端连接到无长突细胞的靠近细胞体的纤维部位,另一端会和无长突细胞纤维远端连接。重要的是,双极细胞靠近无长突细胞体的连接传送信号会存在时间延迟,而另一个信号则比较迅速。由于两个信号存在时间间隔,信号会在不同时间达到视网膜部位,当目标物体在视野内运动时,信号可能会在同一个时间到达同一个视网膜部位。这将可解释视网膜如何探测物体的运动。文章作者提出,无长突细胞只有接受到因为运动导致的复合信号才会引起放电,不运动的光刺激会在不同时间到达同一个无长突细胞无法引起放电。

作者之一Sebastian Seung,是MIT的计算神经科学家,也是这个领域的资深研究人员,他说解释这个结果需要谨慎。虽然他们的结果解决了视网膜的精细解剖问题,但是这个猜测需要心理学研究来证明。

Seung认为,关于视网膜运动视觉的分析,可能不只是这么简单,其他一些细胞如视网膜神经细胞有可能也参与这个功能。他们将会继续深入研究。



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