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)通路來檢測陰影，它可以檢測到幾乎最暗的陰影。人眼也有同樣的神經(jīng)回路，研究人員認(rèn)為它可以用來以前所未有的分辨率探測視覺疾病。
為了測試陰影檢測，研究人員將老鼠放在幾乎沒有光線的迷宮中。出口處有一個黑點，與周圍的黑暗幾乎沒有區(qū)別。通過跟蹤小鼠如何穿過迷宮并測量眼睛后部(視網(wǎng)膜)神經(jīng)元的活動，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。這項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)胞用于檢測黑暗中非常微弱的光斑。“相反的任務(wù)是檢測最暗的陰影，其中只有幾個光子丟失。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，因為它們會根據(jù)陰影提高發(fā)射率，”Ala-Laurila 說.
該團隊還根據(jù)光感受器和神經(jīng)通路的物理特性計算了陰影檢測的基本極限。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)膜活動非常接近完美的反應(yīng)。“我們嚴(yán)格限制的模型強調(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器，”該研究的共同第一作者之一 Johan Westö 博士說。
為了發(fā)現(xiàn)這些差異，這項研究必須在幾乎完全黑暗的環(huán)境中進行。該研究的另一位第一作者 Nataliia Martyniuk 說：“視覺系統(tǒng)對最暗陰影的靈敏靈敏度對我們在這些極低光照水平下進行的實驗提出了很高的技術(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。
“可以檢測到非常暗淡的陰影。即使從幾千個視桿受體中丟失的幾個光子也足以讓動物檢測到陰影，”Ala-Laurila 說。“這可能與檢測陰影的巨大進化需求有關(guān)，因為老鼠和其他動物已經(jīng)進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)行不同計算任務(wù)的不同細(xì)胞類型中的。在眼睛內(nèi)，來自數(shù)千個受體的輸入級聯(lián)到 ON 和 OFF 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，它們分別充當(dāng)專門檢測光和陰影的模塊。
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