Salk研究揭示了大腦如何編碼顏色和形狀
人們可以在視覺上區(qū)分出數(shù)十萬種不同的顏色和形狀,但大腦如何處理所有這些信息?科學(xué)家此前認(rèn)為,視覺系統(tǒng)最初使用不同的神經(jīng)元對(duì)形狀和顏色進(jìn)行編碼,然后將它們組合起來。但是,2019年6月27日發(fā)表在“科學(xué)”雜志上的Salk研究人員的一項(xiàng)新研究表明,有些神經(jīng)元可以選擇性地響應(yīng)顏色和形狀的特定組合。
新的遺傳傳感器和成像技術(shù)使我們能夠更徹底地測(cè)試處理顏色和形狀的視覺電路之間的聯(lián)系。這些發(fā)現(xiàn)提供了關(guān)于視覺電路如何在大腦中連接和組織的寶貴見解。“
Edward Callaway,Salk系統(tǒng)神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的資深作者和教授
與數(shù)碼相機(jī)傳感器類似,眼睛中的光敏細(xì)胞(光感受器)檢測(cè)特定范圍內(nèi)和特定位置的光波長(zhǎng)。然后,該信息通過視神經(jīng)傳播到視覺皮層中的神經(jīng)元,其解釋信息并開始破譯圖片的內(nèi)容??茖W(xué)家們長(zhǎng)期以來認(rèn)為顏色和形狀是分開提取的,然后僅在最高的腦中心進(jìn)行組合,但新的Salk研究顯示它們的組合要早得多。
“我們研究的目標(biāo)是更好地了解視覺系統(tǒng)如何處理視覺刺激的顏色和形狀,”共同第一作者Anupam Garg說,他是加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)博士/卡爾維實(shí)驗(yàn)室博士生。“我們希望應(yīng)用新的成像技術(shù)來回答這些關(guān)于視覺處理的長(zhǎng)期問題。”
研究小組發(fā)現(xiàn),視覺神經(jīng)元沿著連續(xù)體選擇性地響應(yīng)顏色和形狀 - 而一些神經(jīng)元僅由特定顏色或形狀激活,許多其他神經(jīng)元同時(shí)對(duì)特定顏色和形狀有反應(yīng),這與長(zhǎng)期觀念相反。關(guān)于視覺處理的工作原理。研究人員將成像技術(shù)與遺傳表達(dá)的傳感器結(jié)合起來,研究了在初級(jí)視覺皮層中處理顏色和形狀的數(shù)千個(gè)神經(jīng)元的功能。在長(zhǎng)記錄期間,測(cè)試了大約500種可能的顏色和形狀組合,以找到最能激活每個(gè)視覺響應(yīng)神經(jīng)元的刺激。
“我們的大腦使用設(shè)計(jì)巧妙的電路有效地編碼視覺信息。與課堂教學(xué)相反 - 顏色和形式在早期視覺皮層中單獨(dú)處理,然后通過未知機(jī)制進(jìn)行集成 - 大腦編碼顏色和系統(tǒng)地形成一起,“卡拉威實(shí)驗(yàn)室的共同第一作者和博士后研究員Peichao Li說。
“在過去的20年里,我一直想知道視覺系統(tǒng)如何處理色彩,所以這一發(fā)現(xiàn)對(duì)我來說真的很令人興奮,”卡拉威說道,他是Vincent J. Coates分子神經(jīng)生物學(xué)主席。“這一發(fā)現(xiàn)為理解神經(jīng)回路如何進(jìn)行導(dǎo)致色覺的計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。我們期待在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上確定視覺皮層中的神經(jīng)元如何協(xié)同工作以提取顏色和形狀。”
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