新的研究表明 大脑初级视觉皮层中的单个神经元也可以可靠地检测直线

随着时间的推移，相同的神经元会对线性视觉刺激做出反应。

根据生物科学副教授桑德拉库尔曼(Sandra Kuhlman)领导的卡内基梅隆大学神经科学家的一项新研究，大脑初级视觉皮层中的单个神经元可以可靠地检测直线，即使神经元的细胞组成不断变化。这项研究结果发表在10月16日的《科学报告》上，为未来研究感觉系统如何响应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同一个神经元的放电做出反应。当我们看到一条简单的水平线或垂直线时，假设同样的情况也是成立的。

“我们实验室所在的大楼里有这些巨大庄严的柱子，”卡尔曼说。“合乎逻辑的假设是，当我们每天接近一座建筑时，我们的大脑会以同样的方式识别一条基本上呈直线的柱子。从科学上讲，我们不知道这是不是真的。”

尽管cullmann和其他科学家认为神经元可靠性的这一概念可能是一种假设，但他们也有理由相信可能并非如此。组成单个神经元的细胞组成的蛋白质成分在数小时或数天的过程中不断变化，当它们对给定的刺激做出反应时，可能会发生变化。这两种假设都没有被实验证实。

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、垂直还是倾斜的。神经元将这些信息更深入地传输到大脑的视觉皮层，进入下一个处理阶段。但是他们不知道哪些神经元在响应，而且每次都是同样的响应。

一种称为双光子显微镜的新成像技术允许Kuhlman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，该模型表达荧光蛋白。在实验中，鼠标显示了不同方向线的顺序模式——一些是水平的，一些是垂直的，还有一些是有角度的。这些刺激激活兴奋性神经元，使其发出荧光信号，这可以通过显微镜技术看到。

在两周内，小鼠受到相同的视觉刺激，研究人员测量了数百个神经元中每个神经元的反应特征。他们发现，在整个研究中，大约80%的跟踪神经元被同一条方向线可靠地激活。他们也可靠地在同一方向线上保持沉默。这表明它们在大脑循环中保持相同的功能达数天之久。

研究人员能够测试广泛的刺激，包括测量神经元对不同粗细的线条的反应。他们发现，一些神经元对厚度的反应不稳定，同时保持了它们对线方向的原始选择性。库尔曼指出，这表明单个神经元可以持续编码特定的视觉特征，同时仍然能够适应其他特征。

“有趣的是看到一个特征的可塑性，而不是另一个，”卡尔曼说。“这让我们了解到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，即使进行了轻微的更新，您也希望能够识别您的建筑，例如您的列。我们可以更新刺激特征的一个方面，而不完全改变给定神经元的功能反应特征。”

研究人员将使用这些数据集作为他们下一组研究的对照，这些研究旨在了解当视觉系统发生变化时，例如在学习新的视觉任务或从眼睛闭塞中恢复后，这些神经元如何做出反应。

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