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研究人员在果蝇中发现一组局部,抑制性中间神经元

发布时间:2018-05-16    点击量:27

em一组研究人员发现一种新型神经元负责果蝇中的选择性运动视觉 / em

运动尽管不动。例如,在大型电影帮助下的IMAX电影院中创建自我运动的幻觉。这是可能的,因为大脑通过移动眼睛的视觉环绕来计算自我运动。解读这是如何完成的是亚历山大·博斯特和他的团队在马丁斯里德的马克斯普朗克神经生物学研究所的目标。研究人员与来自美国弗吉尼亚州Janelia Research Campus的同事一起,现在在果蝇的大脑中发现了一种新的神经元类型。详细的分析表明,这些细胞形成了一种称为运动对称性的现象的基础,这意味着 - 在人类和其他物种中 - 特定的神经细胞被一个方向的运动激活,并被相反方向的运动抑制。通过研究新发现的细胞,研究人员已经能够详细研究这种现象并首次阐明其功能。

运动是随着时间的推移而发生的变化。这似乎很简单,但运动的检测对于视网膜中的单个光敏细胞是不可能的,因为它们仅“看到”整个图像的一小部分。如果图像发生变化,单个单元格无法判断某物是否已移动或完全消失。如果运动已经发生,在哪里?为了确定运动及其方向,大脑因此必须比较多个光敏单元的图像信息 - 并且它必须在相邻单元之间存在一定的时间延迟的情况下进行。

有组织的处理

Alexander Borst和他在Max Planck神经生物学研究所的团队正在破译大脑中发生的事情。研究人员正在逐个单元地调查系统,分析各个部分的结构,连接和功能。当然,这在人脑中是不可能的。相反,他们使用果蝇作为模型生物来调查运动视觉。 “尽管它们存在明显的差异,苍蝇和人类以类似的方式处理光学信息,”亚历山大·博斯特说。

例如,科学家们能够表明,苍蝇中的视觉感受 - 就像人类一样 - 最初被分成两个独立的处理途径:一条明亮的边缘和一条黑暗的边缘。在这些路径的每一个中,信息按照方向排序,每个方向分开处理。研究人员不仅揭示了苍蝇大脑中存在两条途径,而且还确定了哪些细胞被激活以及它们是如何连接的。 Alexander Borst回忆说:“发现大脑中不同的方向路径是一个很好的发现。但是,如果分别处理运动方向,为什么存在称为运动对称性的现象?在苍蝇,人类和许多其他动物中,位于大脑深处的大型广域神经元受到其优先方向上的运动的激励,而这些相同的细胞被相反方向上的运动抑制。由于方向信息是分开处理的,因此不需要通过相反方向的运动来抑制。 Borst说:“这种小小的不一致使我们晚上醒来。有时候研究人员想要深究其底层。

具有关键功能的边界穿甲者

科学家们运用他们的全部技巧来澄清这个“小细节”。最终,他们发现了一种称为LPi单元的重要缺失电路组件。这种迄今未知的神经元类型打破了单独的定向途径的严格顺序。细胞从其分配的路径发送抑制信号到相邻路径,负责检测相反方向的运动。结果显示苍蝇脑中的LPi细胞通过与其优选方向相反的运动直接负责抑制广域细胞。因此新发现的细胞构成了运动对称性的细胞基础。这是第一次,现在有可能阐明这种现象的功能意义。

随后的研究显示LPi细胞阻止下游广域细胞在其视野内被非特异性信号刺激。 “苍蝇是运动视觉的主人。但是,如果没有LPi细胞,他们将无法区分不同的运动模式,因为不适当的激活。“Alex Mauss总结了他最近发表的研究结果。当科学家阻止LPi细胞的功能时,广域细胞受到向前飞行过程中产生的运动模式的激励,与旋转或升力运动相关的运动模式一样强烈。研究人员因此成功地阐明了这部分飞行大脑中运动视觉的电路图,并且还能够展示系统如何使用简单的机制来滤除非特定信号。

出版物:Alex S. Mauss等人,“Neural Circuit to Integrate Opposing Motion in the Visual Field”,Cell,第162卷,第2期,第351-362页,2015年7月16日; doi:10.1016 / j.cell.2015.06.035

来源:马克斯普朗克研究所

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