Nature子刊：视网膜计算使眼睛先于大脑产生视觉信息

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计算机视觉最初的灵感来自于人类的视觉。视觉的重要性相信大家都能体会&＃xff0c;因为它不仅让我们能感受到这个缤纷多彩的世界&＃xff0c;也让我们能够即时感知危险并避免危险带给我们的上海。

例如&＃xff0c;当我们在高峰时段穿越繁忙的道路时&＃xff0c;视觉可确保我们能够快速&＃xff0c;准确地判断汽车和自行车从何处驶近以及它们以多快的速度行驶&＃xff0c;以此来避免交通危险。

当物体在我们的视野中移动时&＃xff0c;眼睛中的神经细胞就会感知并发出运动方向的信号。然而&＃xff0c;这些神经细胞如何对大脑皮层中的神经细胞产生影响&＃xff0c;仍然是一个谜。

奥尔胡斯大学(Aarhus University)的研究人员绘制了将视觉运动的信息传递到大脑皮层的神经细胞的功能图。这将使我们对大脑中意识的感觉印象如何产生有了全新的认识。研究结果已在《自然通讯》上发表。

视网膜回路提取的视觉特征在沿着视觉层次进行处理后&＃xff0c;被分流到更高的视觉区域(HVAs)。然而&＃xff0c;基于视网膜输出通道的HVAs的神经元特异性表达是如何构建的仍不清楚。

在这项研究中&＃xff0c;研究人员通过确定基因干扰视网膜方向选择性对小鼠从视网膜到HVAs视觉阶段运动诱发反应的影响来解决这个问题。在视网膜操作时&＃xff0c;位于前外侧(RL)区域内的方向选择(DS)细胞选择性地减少&＃xff0c;这些细胞倾向于更高的时间频率&＃xff0c;并随着刺激的时间频率的增加而改变方向调谐偏差。在初级视觉皮层投射到RL区域而不是后内侧区域的DS细胞也受到类似的影响。因此&＃xff0c;皮质-皮质投射神经元的特异性连接优先通过来自视网膜DS细胞的前馈信号传递到RL区。

因此&＃xff0c;研究人员确定了一个用于视网膜中计算运动的大脑皮层处理流&＃xff0c;。

作者Rune Nguyen Rasmussen表示"我们在该项研究中描述了一种特殊的神经回路&＃xff0c;该回路从眼睛的神经细胞到大脑皮层的神经细胞发送有关视觉运动的信息。这很重要&＃xff0c;因此我们可以开始了解大脑中意识性感觉印象如何产生的机制。"

从长远来看&＃xff0c;该项研究可能会使研究人员理解和治疗大脑感觉功能失调的疾病&＃xff0c;比如痴呆&＃xff0c;或精神分裂症患者是如何出现幻觉的。

颠覆常识&＃xff1a;以前认为在大脑皮层中产生的东西实际上已经在眼睛中出现了

"如果视觉没有感知运动的能力&＃xff0c;就会导致严重的后果&＃xff0c;如我们从那些丧失了感知物体运动能力的人身上所看到的。"

研究人员通过结合一系列实验方法&＃xff0c;并使用小鼠作为影响眼睛中特殊神经细胞的动物模型&＃xff0c;了解眼睛神经细胞如何影响大脑皮层神经细胞。

绘制皮层区域的敏感度

研究人员使用固有信号光学成像在实验小鼠中绘制了视觉皮层组织。我们从水平和垂直视网膜斑点图生成了视野标志图&＃xff08;图1a&＃xff09;&＃xff0c;并可靠地确定了六个视觉区域&＃xff1a;V1&＃xff0c;外侧膜&＃xff08;LM&＃xff09;&＃xff0c;前外侧&＃xff08;AL&＃xff09;&＃xff0c;RL&＃xff0c;前内侧&＃xff08;AM&＃xff09;和PM&＃xff08;图5a&＃xff09;。

在这项研究中&＃xff0c;研究人员证明了眼睛中一组特殊的神经细胞可确保大脑皮层中的视觉神经细胞可以感知并响应高速的视觉运动。

最有趣的地方是&＃xff0c;它意味着以前认为在大脑皮层中产生的东西实际上已经在视觉的最早阶段即眼睛中出现了。

针对未来的研究&＃xff0c;Rune Nguyen Rasmussen表示"该神经回路如何以及何时涉及行为的各个方面是一个非常重要的问题。因此&＃xff0c;实验组未来的研究将是了解老鼠四处移动并需要在周围环境中导航时&＃xff0c;这个神经回路是否参与了感知视觉运动。"

参考信息&＃xff1a;

https://www.nature.com/articles/s41467-020-14643-z

参考&＃xff1a;新智元

文章来源于网络&＃xff0c;仅用于学术交流&＃xff0c;不用于商业行为

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