新研究表明 大脑初级视觉皮层的单个神经元也能可靠地检测直线

随着时间的推移，同样的神经元会对线性视觉刺激产生反应。

根据生物科学副教授桑德拉库赫曼(Sandra Kuhlman)领导的卡内基梅隆大学神经科学家的一项新研究，即使神经元的细胞组成不断变化，大脑初级视觉皮层中的单个神经元也能可靠地检测到一条直线。研究结果发表在10月16日的《科学报告》上，为未来研究感觉系统如何应对和适应变化奠定了基础。

我们大多数人认为，当我们经常看到一些东西时，比如我们的房子或我们工作的大楼，我们的大脑会以可靠的方式对相同的神经元发射做出反应。当我们看到简单的水平线或垂直线时，假设同样的情况是正确的。

卡尔曼说：“我们实验室所在的大楼里有这些庄严的柱子。“逻辑假设是，当我们每天接近大楼时，我们的大脑会以同样的方式识别出基本笔直的柱子。科学上，我们不知道这是真是假。”

尽管卡尔曼和其他科学家认为这种神经元可靠性的概念可能是一种假设，但他们也有理由相信情况可能并非如此。组成单个神经元的蛋白质成分在几个小时或几天的过程中不断变化，当它们对给定的刺激做出反应时，这些成分可能会发生变化。这些假设都没有被实验证明。

在视觉方面，研究人员确实知道，当我们第一次遇到刺激时，大脑初级视觉皮层的一组神经元会对刺激的方向做出反应，以确定刺激是水平的、垂直的还是倾斜的。神经元将这些信息更深入地传递到大脑的视觉皮层，进入下一个处理阶段。但是它们不知道哪些神经元在反应，它们总是以同样的方式反应。

一种被称为双光子显微镜的新成像技术允许库赫曼实验室的神经科学家同时可视化小鼠模型初级视觉皮层中的400-600个神经元。当神经元被激活时，模型表达荧光蛋白。在实验中，鼠标显示了不同方向线的序列模式——有些是水平的，有些是垂直的，有些是有角度的。这些刺激激活兴奋性神经元，使其发出荧光信号，这可以通过显微镜观察到。

在两周内，小鼠暴露在相同的视觉刺激下，研究人员测量了数百个神经元中每一个的反应特征。他们发现，在整个研究中，大约80%的跟踪神经元被同一条定向线可靠地激活。它们也可靠地保持沉默，在同一方向线上。这表明它们在大脑循环中保持相同的功能几天。

研究人员可以测试各种各样的刺激，包括测量神经元如何对不同厚度的电线做出反应。他们发现，一些神经元对厚度的反应不稳定，同时保持它们对线方向的原始选择性。Kuhlman指出，这表明单个神经元可以连续编码特定的视觉特征，同时仍然能够适应其他特征。

“看到一个特征的可塑性很有趣，但看不到另一个特征，”卡尔曼说。“这让我们能够深刻理解我们的大脑如何在整合新信息的同时保持对世界的稳定感知。例如，即使您稍作更新，您也希望能够识别您的建筑物，例如您的柱。我们可以更新刺激特征的一个方面，而不会完全改变给定神经元的功能反应特征。”

研究人员将使用这个数据集作为他们下一组研究的对照，这些研究旨在了解这些神经元如何对视觉系统的变化做出反应，例如学习新的视觉任务或从眼睛阻塞中恢复。

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