研究表明视觉刺激在连接物种的大脑以看到事物方面的重要性
任何家长都知道，新生儿要达到完全的敏锐视力，还有很多神经方面的工作要做。在各种各样的新生动物中，基因只给它们提供一个粗略的连接计划，然后把它留给正在发育的神经系统来完成它自己的工作。布朗大学研究人员的两项研究提供了新的证据，证明环境中的光照在幼鼠和蝌蚪组织和完善它们的视觉系统回路时发挥了作用。
神经科学教授大卫·伯森(David Berson)说:“通过不依赖光和依赖光的过程的组合，视觉系统正在随着时间的推移而调整。”
他的新作品于6月5日提前在网上发表自然神经科学，给出了令人惊讶的结果曝光可以增强小鼠组织左眼和右眼神经末梢的能力大脑它们一开始有点混乱。神经科学家曾认为哺乳动物在这一阶段是看不见东西的，但伯森十年前发现的一种新型感光细胞竟然能让光线进来。
与此同时，Berson的同事，神经科学助理教授Carlos Aizenman在5月31日的《神经科学杂志》上与人合作发表了一篇论文，表明新生儿蝌蚪依靠光来协调和提高大脑视觉处理区域的神经元网络的反应速度、强度和可靠性。
Aizenman说:“这就是活动使视觉回路自我完善和分类的方式。”“活动正在微调所有这些联系。它使电路以一种更高效、同步的方式运行。”
不是完全失明的老鼠
Berson、博士后学者Jordan Renna和前博士后研究员Shijun Weng在新生小鼠身上进行了几项实验，以观察光线是否影响小鼠重新连接以区分眼睛的过程。
“对于某些功能，大脑想要追踪哪只眼睛是哪只，”Berson说。这些功能包括对深度和距离的感知。
在电路水平上，大脑通过将两眼的神经末梢分离到膝状外侧背核(dLGN)的不同区域来区分来自两眼的信号，dLGN是通往视觉皮层和有意识视觉知觉的路径上的关键驿站。科学家们早就知道，这种分类过程依赖于自发激发视网膜内部细胞的活动波。他们直到现在才知道，这种波是受一种叫做固有光敏视网膜神经节细胞(ipRGCs)的光敏细胞类型的影响。
大约十年前，伯森在布朗大学领导的一个研究小组发现了iprgc，这是第一个在眼睛中形成的光敏细胞。它们驻留在视网膜内部，视网膜细胞直接将视觉信息发送到大脑。外层视网膜是我们更熟悉的视杆细胞和视锥细胞感知光线的地方。在生命早期，当大脑将神经末梢分离到dLGN的不同区域时，两个视网膜层并没有连接，所以在iprgc被发现之前，没有理由相信光线会影响分类过程。
这项新研究并没有明确说明这个阶段的光照对成年人视力的影响，特别是考虑到一些哺乳动物(如猴子)在子宫内就经历了这个发育阶段。
Renna说:“自然界中不同的动物是否暴露在足够的光下，从而导致分离模式的变化，目前还不清楚。”
伯森说，但研究表明，光照确实能改善分类的效果，这项工作促进了神经科学家对眼睛区分过程的理解，这一过程被广泛研究为“活动驱动”神经发育的模型。
为了评估光对视网膜波的影响，Renna使用电极来记录新生小鼠视网膜内的细胞活动，首先在黑暗中记录，然后在光明中记录，然后在黑暗中再次记录。在所有情况下，视网膜都经历了波，但当视网膜暴露在光下时，波持续的时间延长了50%左右。
Renna随后通过在“敲除”小鼠身上重复这项研究来测试光敏细胞是否真的产生了这种波长延长效应，在这些小鼠中，ipRGCs感知光线的能力从基因上被取消了。当细胞被禁用后，暴露在光下不再对波的持续时间产生任何影响。
最后，为了评估光对dLGN左右分选过程的影响，Renna检查了正常小鼠和ipRGCs不能感知光的小鼠的组织。在每一种情况下，他用荧光标记神经末梢一只眼红另一只眼绿。对组织的计算机比较显示，正常小鼠在红色和绿色之间的分离程度高于敲除小鼠。换句话说，在dLGN中，iprgc感知光线的能力得到了提高。
闪烁的蝌蚪
在他的研究中，Aizenman与工程和物理学教授Arto Nurmikko合作，研究蝌蚪大脑视顶盖中的功能。他们在活蝌蚪的顶盖神经元中注入了一种能使钙离子发出荧光的分子。当整个神经元网络变得活跃时，它们会吸收离子并发光。研究人员用高分辨率的高速相机记录了蝌蚪，这种相机可以捕捉到神经元每毫秒到每毫秒的活动。
该研究由工程研究生徐恒(Heng Xu，第一作者)和博士后研究员阿尔谢尼·哈哈林(Arseny Khakhalin)领导，在顶盖发育的关键日子里，研究团队在12小时光照和12小时黑暗的正常条件下饲养了一些小蝌蚪。他们在黑暗中喂养其他动物，用一种化学物质阻止NMDA受体的活动，NMDA受体是神经递质谷氨酸的一种受体亚型，已知能促进神经重新连接。
然后，他们将所有的蝌蚪，无论它们是如何被抚养长大的，暴露在蓝色LED闪光灯下，通过安装在眼睛旁边的光纤电缆传输。
他们在几个实验过程中发现，在正常条件下饲养的蝌蚪的顶盖中的神经网络对光产生了更快、更有凝聚力和更强的反应(就神经元数量而言)。
在发育过程中被置于黑暗环境中的蝌蚪的顶叶神经网络完全没有进展。那些NMDA受体被阻断的蝌蚪占据了中间地带，表现出比深色饲养的蝌蚪更大的进步，但低于正常的蝌蚪。他们发现，蝌蚪用光他们看到。
Aizenman说，他希望钙离子成像技术能在其他各种神经科学实验中被证明是有用的，包括研究蝌蚪是如何通过神经编码行为的，比如当它们看到特定的刺激时逃跑。
与此同时，他的团队和伯森的团队加深了科学家们对生物如何将出生时的糊状大脑转变为高功能动物大脑的理解。
“这是所有人都在追求的，”艾赞曼说。“一开始，你是如何得到这种精密调整、精密连接的大脑的?”
进一步探索
