哺乳動(dòng)物如何感知光在晝夜之間變化。阿爾托大學(xué)和赫爾辛基大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，與白天進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)相比，在夜間進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，小鼠更能發(fā)現(xiàn)昏暗的昏暗燈光?？茖W(xué)家驚訝地發(fā)現(xiàn)，這種影響與眼睛本身的任何變化都沒(méi)有多大關(guān)系，而是由老鼠實(shí)際在黑暗中尋找光的方式以及他們的大腦在夜間與白天之間如何處理信號(hào)來(lái)控制的。這個(gè)結(jié)果對(duì)于對(duì)動(dòng)物和人類(lèi)如何看待感興趣的神經(jīng)科學(xué)家以及對(duì)一天中的時(shí)間如何改變我們的身體(包括感覺(jué)過(guò)程)感興趣的生物學(xué)家來(lái)說(shuō)都是令人興奮的。

白天和黑夜，許多動(dòng)物的行為都有所不同。盡管人體時(shí)鐘早已為人所知，但它對(duì)人體功能的影響仍未完全了解。例如，研究人員知道，視網(wǎng)膜(檢測(cè)光的眼睛部分)具有自己的晝夜節(jié)律。阿爾托大學(xué)和赫爾辛基大學(xué)的研究小組對(duì)觀察眼睛的內(nèi)部時(shí)鐘是否會(huì)影響視力感興趣，因此他們修改了以前的實(shí)驗(yàn)之一以進(jìn)行發(fā)現(xiàn)。

研究小組負(fù)責(zé)人佩特里·阿拉-勞里拉教授說(shuō)：“如果老鼠能夠在黑暗中找到暗淡的光線，并且與視神經(jīng)的敏感度極限有關(guān)，那么它就可以與老鼠的潛在視網(wǎng)膜神經(jīng)信號(hào)聯(lián)系起來(lái)。” “這使我們能夠探索晝夜循環(huán)如何改變鼠標(biāo)的視覺(jué)能力，既可以降低神經(jīng)回路水平，也可以一直改變到在視覺(jué)敏感度極限下的行為反應(yīng)。”

在漆黑的迷宮中找到自己的路

今年初，Ala-Laurila教授的小組展示了老鼠的眼睛如何在近乎完全的黑暗中檢測(cè)到微弱的光線。這使他們能夠?qū)⒉溉閯?dòng)物的視覺(jué)引導(dǎo)行為與單個(gè)神經(jīng)沖動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，這對(duì)神經(jīng)科學(xué)來(lái)說(shuō)是世界上首創(chuàng)的。實(shí)驗(yàn)涉及將鼠標(biāo)放在迷宮中，在完全黑暗的地方，迷宮出口旁邊有微弱的光線。訓(xùn)練鼠標(biāo)以了解光會(huì)導(dǎo)致出路。他們?yōu)檫@項(xiàng)新研究重復(fù)了該實(shí)驗(yàn)，白天進(jìn)行了一些測(cè)試，而夜間進(jìn)行了一些測(cè)試。他們觀察到了行為的改變-小鼠在夜間的聚光要比白天更好。他們期望得到這種結(jié)果，但是他們也觀察到視網(wǎng)膜自身發(fā)出的神經(jīng)沖動(dòng)并沒(méi)有引起差異，這令人驚訝。

因此，如果眼睛的神經(jīng)信號(hào)沒(méi)有變化，那么夜間小鼠又會(huì)如何看得更好呢?研究人員能夠使用他們新的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。該團(tuán)隊(duì)在阿爾托(Aalto)發(fā)明的技術(shù)中，很大一部分涉及使用高科技的夜視攝像機(jī)和他們自己的基于深度學(xué)習(xí)的軟件來(lái)跟蹤動(dòng)物的活動(dòng)方式以及所見(jiàn)事物。研究小組觀察到，在夜間實(shí)驗(yàn)中，老鼠通過(guò)掃描環(huán)境(例如，轉(zhuǎn)身更多)來(lái)更有效地搜索光線。夜間小組在夜間搜索后學(xué)會(huì)了這種行為策略后，他們也可以在白天使用它，比起從未在夜間嘗試過(guò)的相同老鼠，他們?cè)诎滋斓膶?shí)驗(yàn)中更快地解決了迷宮難題。

“以前，我們無(wú)法像現(xiàn)在這樣精確地測(cè)量行為，因此研究人員不得不在這樣的實(shí)驗(yàn)中將小鼠視為具有一組預(yù)先定義的行為規(guī)則。令人興奮的是，現(xiàn)在即使在最簡(jiǎn)單的任務(wù)中也能證明這一點(diǎn)“動(dòng)物可以在黑暗中發(fā)現(xiàn)一盞燈”，動(dòng)物可以使用截然不同的行為策略，而且，我們能夠量化其中的晝夜差異，”博士Sanna Koskela說(shuō)道。赫爾辛基大學(xué)的學(xué)生，《現(xiàn)代生物學(xué)》論文的第一作者，發(fā)表了研究結(jié)果。

內(nèi)部時(shí)鐘對(duì)眼睛的影響

該小組現(xiàn)在希望進(jìn)一步研究晝夜節(jié)律對(duì)眼睛的影響。盡管該特定測(cè)試似乎從一天中的任何時(shí)間都沒(méi)有顯示出任何信號(hào)影響，但這只是眼睛在弱光下可以執(zhí)行的許多視覺(jué)任務(wù)之一，而其他一些任務(wù)可能仍顯示出晝夜節(jié)律的影響。

“我們現(xiàn)在有一個(gè)難得的機(jī)會(huì)來(lái)研究從視網(wǎng)膜到昏暗光線下的行為的感覺(jué)性能，包括晝夜節(jié)律如何控制它。我們的下一組實(shí)驗(yàn)將探索大腦如何處理源自于光線強(qiáng)度增加和減少的微弱信號(hào)。白天和晚上不同時(shí)間的視網(wǎng)膜。這將幫助我們更深入地了解哺乳動(dòng)物在弱光下的視線。” Ala-Laurila教授說(shuō)