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【转载】眼睛如何检测运动  

2014-05-06 17:17:14|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自科学探索《眼睛如何检测运动》
一个庞大的绘制小鼠视网膜神经元联接图项目或许回答眼睛如何检测运动这一存在已久的问题。


科学探索 来源:Nature

 
三维重建几种神经元类型以及它们在小鼠视网膜中的关联
 

三维重建几种神经元类型以及它们在小鼠视网膜中的关联

 

  一个庞大的绘制小鼠视网膜神经元联接图项目或许回答眼睛如何检测运动这一存在已久的问题。在玩在线脑绘图游戏志愿者的帮助下,研究人员揭示一对神经元沿着特定方向放置在一起引起三分之一神经元发射响应到图像移入相同的方向。

  人们有时说,我们是用脑看而不是用眼睛看,但是这并不完全正确。人们只能获得视觉信息的感觉,一旦它被大脑解读,但是其中一些信息被视网膜中的神经元对部分进行处理。特别是,50年前研究人员发现哺乳动物视网膜是对方向和移动影像的速度是敏感的。这表明运动知觉起始于视网膜,而研究人员正在努力解释原因。

  当光线进入眼睛时,被感光细胞捕获,它将信息转化为电脉冲并将其传送到视网膜的深层。单独的光感受器对物体的移动方向是不敏感的,因此剑桥麻省理工学院(MIT)的神经科学家Jinseop Kim及其同事想要测试是否谜题的答案能妨碍视网膜中不同类型细胞的连接。

  光感受器通过'双极神经元'传递信号,之所以这样命名是因为它们有两个从细胞体相反方向伸出的主干。信号传输经过'光芒四射的无长突细胞',这种无长突细胞具有细丝或树突向各个方向延伸类似于从星星散发出的光线,到达细胞之前形成视神经,分程传递进入大脑。

  为了了解双极型和光芒四射型细胞时如何连接在一起的, 在EyeWire近乎2200成员的帮助下Kim和他的同事分析小鼠视网膜的高分辨率电子显微镜影像,EyeWire是一种在线'市民科学'游戏设置以帮助脑成像。玩家跟踪途径穿过多层细胞创建一个高分辨率的视网膜部分电路图。

  重建图像揭示当一种双极类型细胞连接到无长突细胞丝接近细胞体时,另一个沿着细丝长度远离,更为关键的是,双极神经细胞连接接近于光芒四射的无长突细胞体是已知采用一种延时方式分程传递信息,而其他细胞则是立即传输。


  原文摘要:

Space–time wiring specificity supports direction selectivity in the retina

Jinseop S. Kim, Matthew J. Greene, Aleksandar Zlateski, Kisuk Lee, Mark Richardson,Srinivas C. Turaga, Michael Purcaro, Matthew Balkam, Amy Robinson, Bardia F. Behabadi,Michael Campos, Winfried Denk, H. Sebastian Seung & the EyeWirers

  How does the mammalian retina detect motion? This classic problem in visual neuroscience has remained unsolved for 50 years. In search of clues, here we reconstruct Off-type starburst amacrine cells (SACs) and bipolar cells (BCs) in serial electron microscopic images with help from EyeWire, an online community of ‘citizen neuroscientists’. On the basis of quantitative analyses of contact area and branch depth in the retina, we find evidence that one BC type prefers to wire with a SAC dendrite near the SAC soma, whereas another BC type prefers to wire far from the soma. The near type is known to lag the far type in time of visual response. A mathematical model shows how such ‘space–time wiring specificity’ could endow SAC dendrites with receptive fields that are oriented in space–time and therefore respond selectively to stimuli that move in the outward direction from the soma.

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