大脑的自动对焦系统帮助稳定视觉,尽管运动

大脑的自动对焦系统在运动时帮助稳定视力
大提顿国家公园里的一只叉角羚羊,用数码单反相机用稳像功能拍摄(左图)。右边的图像是人为模糊的,以模拟没有方向敏感神经节细胞的视觉。来源:卢欧·孙,约翰·霍普金斯医学院。

就像照相机的自动对焦一样,我们的眼睛和大脑必须不断重新校准,这样我们才能清楚地看到我们周围不断变化和不断移动的世界。最近,由美国国家眼科研究所(NEI)资助的两项研究显示了这种眼脑协调的电路是如何在胚胎发育早期组装起来的。

“眼睛里的传感器探测到运动并与只是正确的方式告诉你的眼睛在没有模糊图像的情况下朝着正确的方向走动,“加州大学圣地亚哥医学院的博士博士博士说,他领导了新的研究之一。

比如说,你正在跑着追赶你的非常快,非常小的宠物沙鼠。沙鼠在移动,你也在移动,所以为了把注意力集中在沙鼠身上,你的眼睛需要一个系统来补偿这两种移动源。这种补偿运动的能力来自于辅助光学系统。副视觉系统协调了大脑和视网膜中探测运动的特定细胞之间的对话,这种细胞被称为定向选择性视网膜神经节细胞(RGCs)。每个方向选择性RGC在特定方向上受到视觉运动的刺激,在其他方向上受到运动的抑制。

使用小鼠模型,Huberman领导的团队证明了两种蛋白质,Contactin-4和淀粉样前体蛋白,在早期发育过程中起作用,建立和加强副视神经系统。

Huberman和他的团队在副视神经系统中标记特定的目标神经元组,然后用contact -4特异性抗体对组织切片进行染色。他们发现,在副视觉系统发育的时候,这些细胞表达(打开)了Contactin-4基因。

使用一个通过突变Contactin-4基因,他们发现Contactin-4的功能对方向选择rgc非常特异。在接触素-4突变的小鼠中,眼睛中的方向选择性RGCs不能正确地与大脑对话。同样,在没有而正常的眼睛和大脑连接并没有发生。

在另一项由休伯曼和约翰·霍普金斯大学的亚历克斯·克洛德金博士共同撰写的研究中,研究人员进一步描述了定向选择性RGCs如何与大脑建立精确的远程连接。

从之前的研究中,Kolodkin和他的团队发现一种叫做信号素的特殊蛋白质可以作为向导,帮助引导轴突——神经细胞的长卷须——当轴突从视网膜生长到大脑中的目标时。但是这些轴突是如何锁定目标的仍然是个谜。在目前的研究中,Kolodkin的小组使用小鼠模型来探索另一种叫做丛状蛋白的蛋白质的功能。事实证明,丛状蛋白在大脑的目标区域就像诱饵一样吸引RGC轴突。与此同时,信号素作为RGC轴突上的受体,使它们在到达诱饵时能够识别诱饵。此外,Kolodkin的研究小组还发现,缺乏正确的眼脑连接会导致图像稳定方面的严重缺陷。

托马斯·格林维尔博士说:“这两项研究都推进了我们对眼睛轴突如何到达大脑特定目标的理解,这是为那些影响视觉系统的致盲眼病(如视神经病变或青光眼)患者开发新疗法的重要一步。”NEI视网膜神经科学和中央视觉系统发展和再生项目主任。

再生眼睛中的神经元并将其重新连接到大脑以恢复视力是NEI大胆目标计划(AGI)的基石。作为AGI的一部分,NEI于2014年11月19日在华盛顿特区举行了视神经再生研讨会。休伯曼是一个研讨会总结的参与者和合著者,该总结描述了发展修复视神经的新疗法的策略和挑战。


进一步探索

为什么眼球运动不会让画面模糊

更多信息:Huberman AD等人。接触素-4介导轴突靶特异性和副视觉系统的功能发育神经元2015年5月7日。DOI: 10.1016 / j.neuron.2015.04.005

Kolodkin AL等人。辅助光学系统电路的功能组装对补偿性眼球运动至关重要神经元2015年5月7日。DOI:10.1016 / J.NEURON.2015.03.064

期刊信息: 神经元

引用:大脑的自动对焦系统有助于稳定运动时的视觉(2015年6月3日)
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