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      神經(jīng)生物學家發(fā)現(xiàn)了飛行大腦中運動探測器的重要特征
      
			
      
				2019-06-30 09:48:09
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      為了及時對環(huán)境的變化作出反應，大腦必須快速準確地分析從眼睛接收到的信號。例如，識別接近的汽車移動方向的能力對于現(xiàn)代人在城市中的生存至關(guān)重要。利用果蠅果蠅的大腦作為模型，馬克斯普朗克神經(jīng)生物學研究所的科學家們研究了大腦如何提取這種重要的運動信息。他們現(xiàn)在詳細描述了使下游神經(jīng)元能夠識別運動方向的細胞。有趣的是，這些輸入單元的特征與他們最近提出的運動檢測器模型完全匹配。此外，細胞根據(jù)動物的狀態(tài)改變它們的特征：當蠅活躍時，細胞對光刺激的反應更快。
      

      神經(jīng)生物學家發(fā)現(xiàn)了飛行大腦中運動探測器的重要特征
      

      人類主要通過他們的眼睛來感知他們的環(huán)境。識別運動及其方向的能力對于我們來說似乎是微不足道的。然而，這種信息必須在大腦中處理，因為視網(wǎng)膜的光敏感覺細胞只能記錄對比度的變化。只能通過相鄰信號的比較來計算運動方向。存在用于這些計算的各種模型。亞歷山大·博斯特和他在馬克斯普朗克神經(jīng)生物學研究所的團隊研究了這些模型在多大程度上適用于大腦的神經(jīng)元電路。他們的測試對象是果蠅Drosophila，一個運動感知大師。
      

      在果蠅的大腦中，T4和T5細胞是第一個以方向選擇性方式響應運動刺激的神經(jīng)元。長期以來，人們一直認為這些細胞比較來自蒼蠅視野中兩個相鄰圖像點的信號，并以此方式計算運動方向。但是，這個非常簡單的模型無法解釋神經(jīng)生物學家記錄的所有經(jīng)驗測量結(jié)果。“所以我們的部門開發(fā)了一個模型，其中三個而不是兩個相鄰的圖像點相互比較，”Alexander Arenz說，他解釋了當前研究的起點。“我們想用飛腦中的細胞來測試這個模型。”一項新的解剖學研究事先已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，T4和T5細胞都接收來自四種不同類型細胞的輸入信號。因此，具有三個輸入單元的模型似乎是合理的。
      

      利用一種飛行電影，研究人員向蒼蠅展示了不同的光刺激，并記錄了不同輸入細胞類型的反應。結(jié)果揭示了單個細胞對亮度變化的響應的速度和持續(xù)時間的強烈變化。為了更詳細地分析這些差異的重要性，研究人員將測量的細胞特征數(shù)據(jù)輸入到網(wǎng)絡(luò)的計算機模擬中。模擬表明，測量的細胞之間的差異以及T4和T5細胞接收其信號所產(chǎn)生的延遲對于識別運動方向是必不可少的。“所以帶有三個細胞的運動檢測器可以很好地與這些細胞一起發(fā)揮作用，”該研究的兩位第一作者之一Michael Drews解釋道。“
      

      為了進一步縮小個體細胞的任務(wù)范圍，研究人員利用了這樣一個事實：當動物移動時，蒼蠅大腦可以更快地處理視覺印象。亞歷山大·阿倫茲解釋說：“這可以預期，因為在運動時環(huán)境會更快地移動到眼睛周圍。”為了在蒼蠅大腦中產(chǎn)生這種狀態(tài)，科學家們刺激了章魚胺受體，這些受體在動物移動時在自然條件下被激活。他們記錄的測量表明，在這些“活動條件”下，輸入細胞工作得更快，對更高的運動速度反應更強烈 - 因此，下游的T4和T5細胞也這樣做了。
      

      “結(jié)果證明了神經(jīng)元運動探測器能夠適應動物行為狀態(tài)的靈活性”，Alexander Borst總結(jié)道。通過這種方式，果蠅在高速移動時可以可靠地感知其環(huán)境中的運動。難怪蒼蠅很難捕捉到。
      
			

			
        
      
			
      
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