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研究揭示了编码黑色和白色的皮质回路

尽管有些事情可能“像黑白一样简单”,但大脑中的电路却并非如此,这使您有可能将黑与白区分开。落在视网膜上的光明与黑暗模式为我们周围的世界提供了大量信息,但科学家仍然不了解视觉皮层中神经回路如何编码这些信息,大脑皮层的一部分在建立负责视力的神经表征中起关键作用。但是,随着发现视觉皮层中的大多数神经元对光与暗的选择性有反应,事情变得更加清楚了,他们将这些信息与对其他刺激特征的选择性结合起来,以实现视觉场景的详细表示。

长期以来,科学家一直知道,视网膜中向大脑中高级中心提供信息的神经元会选择性地对亮刺激和暗刺激做出反应。选择性地对光刺激做出反应的“ ON”细胞和选择性地对黑暗刺激做出响应的“ OFF”细胞形成了单独的并行通道,将信息中继到视觉皮层中的电路。但是,这是图片变得模糊的地方。基于用电极记录单个皮质神经元的响应,看来,一旦ON和OFF通道进入皮质,它们就会汇聚到单个神经元上,这是产生新的皮质响应特性所必需的收敛:方向选择性的边缘。皮质处理的进一步阶段被认为导致ON和OFF信号越来越多的混合,因此单个神经元对暗和亮刺激的反应相似。这些结果提出了一个明显的问题:如果单个皮质神经元对暗和亮的反应模棱两可,那么大脑如何让我们感知这些差异呢?

博士麦克斯·普朗克佛罗里达神经科学研究所的大卫·菲茨帕特里克实验室的戈登·史密斯和大卫·惠特尼认为,现在是时候重新讨论这个问题了。他们使用新的成像技术首次使活脑中数百个神经元的活动同时可视化,从而量化了雪貂视觉皮层中神经元对明暗刺激的反应。

对于团队来说,第一个惊喜发生在他们观察皮质对均匀的黑暗或明亮刺激的反应时。尽管以前的研究没有观察到对均匀亮度变化的反应,但Smith等人。他们不仅能够可视化对这些刺激做出反应的神经元,而且还发现了对暗刺激和光刺激优先响应的神经元斑块。更令人惊讶的是,他们发现选择性地对边缘的方向或刺激运动的方向作出反应的皮质神经元也优先对暗刺激与亮刺激作出反应。简而言之,马克斯·普朗克(Max Planck)佛罗里达州的科学家发现,关于暗和光的信息保留在视觉皮层中大多数神经元的反应中,

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