在更大的大脑中,具有相同功能的鼠视觉皮层神经元聚集在柱状结构中。
超过50年来,许多哺乳动物的大脑皮层中,相同功能的神经元被分组为柱状。现在,马克斯·普朗克生物智能研究所的研究人员首次在小鼠的视觉皮层中证明了这些结构:在这里,处理来自同一只眼睛的刺激的神经元形成簇。这增加了我们对大脑结构组织的普遍理解——并可能有助于解决柱状的功能之谜。
运动、颜色、光与影:我们看到的一切都是我们大脑中复杂计算的结果——或者更准确地说,是在视觉皮层中。这是刺激进入我们视网膜后被分解成各个组成部分、处理并组装成我们所感知的东西的地方。负责这一过程的神经元各自执行不同的任务:例如,有些主要处理运动,有些则处理线条或颜色。
在1960年代,大卫·哈贝尔和托尔斯滕·维塞尔著名地发现,在视觉皮层中,具有相同功能的神经元是按空间顺序组织成柱状的。这个发现连同他们其他关于视觉处理的发现,于1981年被授予诺贝尔生理学或医学奖。这些所谓的皮层柱被认为是许多哺乳动物(包括人类)大脑皮层中的基本构件。然而,此类结构在许多更小动物的视觉皮层中尚未被发现,例如小鼠。因此,皮层柱被认为是为拥有更复杂大脑和特别良好视力的哺乳动物所保留的。
来自同一眼睛的视觉信息
由马克·霍贝纳和托比亚斯·邦霍弗领导的团队现在首次表明,小鼠的视觉皮层中的神经元也是以柱状排列的。通过一种称为2光子显微镜的技术,他们发现了处理来自同一只眼睛的视觉信息的神经元簇。这些簇在视觉皮层的中间层最为清晰。然而,处理来自同一只眼睛输入的细胞的空间近邻关系在上层和下层仍然存在,从而形成所谓的眼优势柱。
尽管大脑皮层的柱状组织在半个多世纪前就被描述,但这些柱的功能仍然是一个猜测的问题。“皮层柱的一个可能解释可以通过足球场上球迷在看台上的位置来说明,”该研究的第一作者皮特·戈尔特斯坦说。“如果某个队的所有球迷坐在一起并同时为他们的球队欢呼,这种力量远比球迷分散在整个体育场要强大得多。可能具有相同功能的神经元在一起时也能工作得更加高效。”
这项新研究不仅推动了我们对大脑组织如何运作的普遍理解。它还使在小鼠模型生物中研究皮层柱的功能成为可能——或许最终能回答柱状结构的用途问题。