就像在更大的大脑中一样,具有相同功能的小鼠视觉皮层神经元呈柱状聚集。
50多年来,人们已经知道,在许多哺乳动物的大脑皮层中,具有相同功能的神经元被分组成柱状。现在,马克斯·普朗克生物智能研究所的研究人员首次能够在小鼠的视觉皮层中展示这些结构:在这里,处理来自同一只眼睛的刺激的神经元形成簇。这增加了我们对大脑结构组织的总体理解,并可能有助于解开脑柱功能之谜。
运动、色彩、光影:我们看到的一切都是大脑复杂计算的结果——或者更准确地说,是视觉皮层复杂计算的结果。在这里,到达视网膜的刺激被分解成单独的成分,经过处理并组装成我们所感知的东西。负责这一过程的神经元可以执行不同的任务:例如,一些主要处理运动,另一些主要处理线条或颜色。
在20世纪60年代,David Hubel和Torsten Wiesel著名地发现,在视觉皮层中,具有相同功能的神经元在空间上呈列状组织。这一发现,以及他们在视觉处理方面的其他发现,被授予1981年的诺贝尔生理学或医学奖。这些所谓的皮层柱(cortical columns)被认为是包括人类在内的许多哺乳动物大脑皮层的基本组成部分。然而,这种结构尚未在许多小型动物(如小鼠)的视觉皮层中发现。因此,皮质柱被认为是为大脑更复杂、视力特别好的哺乳动物保留的。
视觉信息来自同一只眼睛
由Mark Hübener和Tobias Bonhoeffer领导的研究小组现在首次证明,神经元在小鼠的视觉皮层中也呈柱状排列。利用一种叫做双光子显微镜的技术,他们发现了处理来自同一只眼睛的视觉信息的神经元簇。这些簇在视觉皮层的中间层最为明显。然而,处理来自同一只眼睛的输入的细胞在空间上的接近性在上下层继续存在,从而形成了所谓的眼优势柱。
尽管大脑皮层的柱状组织在半个多世纪前就被描述出来了,但这些柱状组织的功能仍然是一个猜测的问题。该研究的第一作者Pieter Goltstein说:“对皮质柱的一个可能的解释可以通过球迷坐在足球场看台上的位置来说明。如果一支球队的所有球迷坐在一起,同时为他们的球队加油,这比球迷分散在整个体育场要强大得多。有可能具有相同功能的神经元在靠近时也能更有效地工作。”
这项新研究不仅促进了我们对大脑组织方式的一般理解,也使得研究小鼠模型生物的皮质柱的功能成为可能——也许最终会回答这个问题:皮质柱有什么好处?