视觉皮层的制图学:绘制视觉空间组织的新路线
地图制作需要敏锐的眼光、精确的数学计算和敏锐的美感，是艺术和科学的独特应用。尽管尺度可能有所不同，研究视觉的神经科学家就像大脑的制图师，调查并绘制出我们的大脑如何表征和理解我们在世界上看到的东西。视觉皮层是一个专门负责视觉处理的区域，它包含复杂的神经回路，负责评估来自我们眼睛的信息，并优先对不同的视觉特征做出反应，如颜色、边缘、运动和视觉空间中的位置。尽管这些信息极其复杂，但我们的大脑在高效地将神经元组织在一起方面做得非常出色，帮助我们更好地理解我们的视觉景观。
一个主要的组织属性是视觉皮层这被称为视网膜位映射，其中的神经元以有序的方式排列，从而保存空间信息从视网膜(眼睛的感光部分)到达的。就像墨卡托投影之于制图学一样，视觉皮层中的视网膜位图被认为遵循一种被广泛采用且特征良好的模式。主流的理论是大脑区域就像初级视觉皮层(V1)遵循一种流畅、简单的映射方法。你看到的就是你得到的;视觉空间中激活视网膜部分的物体会点亮大脑中相同模式的神经元。
尽管在多个物种中有丰富的证据支持这种线性映射，但在之前的研究中存在着一些提示和差异，表明有其他安排的可能性。问题仍然存在:大脑中是否存在其他的空间映射方法?
MPFI Fitzpatrick实验室的研究人员首次揭示了视觉皮层第二区域(V2)内的一种新型空间映射，从而揭示了这一问题并挑战了主流理论。最近发表于神经元，该团队结合了单细胞功能成像、计算建模和连通性研究，揭示了树鼩V2区域的正弦或波状组织。他们令人惊讶的洞察力加深了我们对视觉空间的神经表征的理解，并强调了视觉皮层视网膜位精确定位的重要性。
Madineh Sedigh-Sarvestani博士是MPFI的博士后研究员，也是该出版物的第一作者，她加入了Fitzpatrick实验室，对深入研究V1之外的视觉区域的组织、功能和行为联系感兴趣。她的研究从V1的近邻V2开始，这是一个在灵长类动物中被广泛研究的视觉区域，但在适应最近在老鼠身上开发的基因工具的动物中研究较少。树鼩完全符合这一标准，因为它是灵长类动物的近亲，大脑光滑，非常适合成像。利用高分辨率的钙成像，Sedigh-Sarvestani希望找到一幅与V1的黄金标准非常相似的视觉空间地图。
在给树鼩提供视野内不同位置的视觉刺激时，研究小组绘制了V2中相应的神经元，这些神经元在空间中对视觉刺激的位置做出反应时被点亮。他们在V2中发现了两个非常不同的映射。物体的仰角图，即它的高低，与V1中发现的平滑线性图密切相关，但绘制方位角图，即它的水平位置在中心的左或右，显示出一种截然不同的正弦或振荡模式。但是为什么简单的空间映射在V1中存在而在V2中更复杂?这些区域形状的差异会起到作用吗?为了回答这个问题，MPFI的研究人员求助于计算机建模来重现大脑中发现的情况，目的是生成一个空间地图，优化视野的覆盖范围。通过只改变形状，算法发现方形V1区域的最佳空间映射遵循平滑的线性排列，但对于细长的V2区域，出现了一个正弦映射，证实了之前的结果。为了巩固这一想法，MPFI团队，由实验室的组织协调员Nicole Shultz领导，使用彩色染料追踪V1到V2区域的连接，发现从V1的神经元投影与V2的正弦图完美对齐。
“我们的研究结果表明，大脑中视觉空间的有序组织，并不一定要遵循指导原则MPFI的首席执行官兼科学总监大卫·菲茨帕特里克博士指出。“虽然这个组织可能没有我们最初想象的那么简单，但它仍然具有非凡而美丽的秩序。”
除了这一有趣的发现，菲茨帕特里克实验室的研究人员还有一个更为关键的重要发现，对视觉神经科学领域有着广泛的影响;神经元对某些视觉特征的偏好与视觉空间的视网膜位图直接相关。MPFI团队主要认为是独立的组织原则，通过研究V2中神经元对双眼或单眼刺激的响应特性，证明了它们之间的相互联系。他们发现视觉空间的振荡图与功能特征图完全重叠，说明神经元对视觉特征的敏感度是不一致的，但会根据特征在视觉空间中的位置而变化。
“这两种原则之间的协同作用，对视觉特征的偏好和它们在空间中的位置，开始揭示关于某些动物的行为或环境的独特信息，”seighe - sarvestani描述道。“决定最终进入大脑的模式的视觉回路的布线受到我们视觉经验的影响;你看到什么，在哪里看到它。”
未来，Sedigh-Sarvestani计划研究其他视觉特征是否与视觉皮层不同区域的视觉空间映射有关，以及这种组织是否可以追溯到视网膜，最终追溯动物的原生环境和它们在该环境中的活动;使我们对视觉感知有更全面的理解。
“我们的发现迫使我们重新思考视觉空间的地图是如何形成的，并认识到视觉皮层中的神经回路可以针对不同的视觉区域进行功能特殊化空间菲茨帕特里克解释道。“我们的发现打开了一扇门，让我们以一种不同的方式来思考皮质回路是如何组织的，它们如何促进视觉感知，并最终影响行为。”
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