可是复杂的器官

大脑信息我们感到的一切,思考,并做处理。几千年来,科学家和哲学家一直试图理解大脑是如何工作的以及如何我们的感觉让我们了解我们周围的世界。今天,我们知道,大脑的神经细胞,称为神经元,以电信号的形式发送消息。两个神经元彼此连接的地方被称为发送和接收消息突触。

在实验室里,我们可以看到不同的大脑区域,甚至测量他们的电活动,但是我们还不完全了解神经元的活动代表了我们周围的世界。例如,大脑能告诉如何移动的方向和速度的车吗?如何区分字母A和B吗?

原因之一,研究人员很难理解大脑活动是大脑有一个巨大的数量的神经元。每个神经元都可以发送和接收电子信号与其他成千上万的神经元,从而使理解神经元活动极其复杂。出于这个原因,科学家有时关注小组神经元,神经网络。通过学习神经网络的工作原理,研究人员可以更加了解整个大脑。

细胞在视网膜上有特定的角色

在我们的实验室研究视觉我们问大脑如何回应我们周围的事情。我们的研究视网膜,这是视觉的“第一站”。视网膜,薄薄的一层神经元位于眼球后部,实际上是一个大脑的一部分(图1一个)。

什么类型的视网膜细胞组成,它们共同努力,使视力如何?第一个视网膜层包含感光细胞光感受器(图1 b)。当一束光照射到感光细胞,一系列生化反应导致电子反应。因此,光感受器将光转变成电信号。然后电信号传递给第二个视网膜层,制成的中间神经元从那里,最后一层,在那里神经节细胞所在地。神经节细胞发送长预测称为轴突深入大脑。这些轴突携带电子消息的部分大脑处理视觉信号告诉他们的眼睛看到什么。

有几种类型的神经节细胞,每个都有自己的函数(1]。例如,有神经节细胞响应光发作(称为神经节细胞),一些应对光抵消(称为神经节细胞),甚至一些应对运动在一定方向(称为易磁化方向,图1 c)。最后一个类型被称为细胞direction-selective神经节细胞。例如,有direction-selective神经节细胞响应只有当我们看到一些向右移动。这些细胞会向大脑发送电信号以应对汽车传递在我们面前从左到右(图1 c),或者如果我们观看网球比赛,球就来自于我们留给我们的权利。但是如果汽车转身,头向左,或者网球选手击中球的球员在我们的左边,这些相同的细胞不会回应。相反,有其他神经节细胞响应运动向左边,还有一些响应上下运动。

视网膜细胞之间的联系确定他们的反应

神经节细胞如何行为在这样的不同,具体的方法?答案就在于中间神经元传递电信号的神经节细胞的感光细胞。有超过60个不同类型的中间神经元,和神经节细胞的反应取决于哪种类型的中间神经原连接到它。中间神经原之间的连通性和神经节单元的位置、强度,因此决定了神经节细胞的反应。

例如,direction-selective神经节细胞怎么知道方向对吗?研究发现,一种叫做中间神经元亮光无长突细胞帮助神经节细胞。亮光无长突细胞连接到direction-selective神经节细胞一侧。例如,神经节细胞接收连接从一个亮光无长突细胞在其正确的反应向右运动(图2)。

这种片面的连接允许direction-selective神经节细胞反应时运动是在一个方向而不是在另一个方向运动时。这是视网膜神经节细胞复杂的信息发送到大脑的眼睛看到什么。

视网膜模型的大脑

视网膜是由神经元连接等synapses-just细胞构成大脑的休息。如前所述,大多数脑区都有复杂的神经元之间的联系,研究十分困难。视网膜也显示精确的财富之间的连接不同的细胞类型,但其组织,分层结构帮助研究人员了解这些连接以及他们如何塑造视觉刺激视网膜神经元的反应。因此,视网膜是容易研究和理解比其余的大脑。我们可以使用视网膜来帮助我们理解大脑的其他部分,尽管视网膜的相对简洁?

让我们把视觉皮层作为一个例子。视觉皮层是大脑皮层的一部分(图1一个),它的外层cerebrum-the最大的一部分大脑中最复杂的处理。复杂的处理可能发生由于大脑皮层的大量的神经元,在复杂的和复杂的方式相互连接,并可表现出各种类型的反应。这些神经元类似于细胞在视网膜上。例如,在视网膜和视觉皮层,有细胞响应光发作或抵消,以及direction-selective细胞。

多年来,科学家们认为,与视网膜视觉皮层非常不同,因为视觉皮层细胞可以适应和改变他们的反应根据动物所见过的。例如,direction-selective视觉皮层的细胞有一定的优先方向,但如果出现重复移动刺激(例如移动在白人和黑人stripes-see例子图3一)易磁化方向可以稍微改变和调整。相信与大脑皮层,direction-selective视网膜细胞不能改变他们的首选方向。这是因为反应在视网膜上被认为依赖direction-selective视网膜细胞之间的连接和亮光无长突细胞。所以,很令人惊讶的发现细胞在视网膜上可以改变他们的反应2]。

在我们的研究中,我们暴露了一个重复的视觉刺激视网膜(图3一)几分钟。过了一会儿,在中间神经元停止响应光发作,开始回应抵消,像中间神经元(图3一)[3]。

令我们吃惊的是,我们也发现,当direction-selective神经节细胞暴露在一个重复的刺激了几分钟,这些细胞可能会改变他们的首选方向(图3 b)[4]。

总结

我们发现细胞在视网膜上,像在大脑皮层细胞,可以改变他们的应对方式。后我们发现这些变化,我们问:什么使细胞在视网膜上改变他们的反应显著呢?我们使用先进的技术,使我们能够揭示了输入的亮光无长突细胞和direction-selective神经节细胞。我们发现小的差异的时间输入direction-selective神经节细胞会导致戏剧性的变化在他们的整体响应和扭转方向偏好5]。大脑皮层是一个复杂和困难的研究课题,所以了解视网膜的细胞可以帮助我们理解大脑皮层的细胞功能。我们发现可能帮助我们理解神经机制在大脑的其他区域,并可能导致大脑研究的核心问题的答案:“我们的大脑中发生了什么当我们学习和改变吗?”

术语表

突触:↑两个神经元之间的连接网站,电子信号发生的转移。

视网膜:↑薄,透明的光敏层神经细胞,内眼球的一部分。视网膜将光转化为电信号发送到视觉皮层。

光感受器:↑一种特殊类型的神经细胞,可以将光转换成电信号。

中间神经元:↑神经元之间传递信息的细胞在相同的神经网络,如视网膜。

神经节细胞:↑的视网膜细胞发送电信号是什么从视网膜到大脑。

Direction-Selective神经节细胞:↑一种视网膜神经节细胞,只响应在某一方向运动时的视野。

亮光无长突细胞:↑视网膜中间神经元,被认为是不对称的关键球员在编码方向选择性连接direction-selective神经节细胞一侧。

视觉皮层:↑大脑皮层的一部分(哺乳动物大脑的外层)处理视觉信息。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

确认

这项工作是由欧洲研究委员会(ERC起动器号757732),I-CORE(批准号51/11),和以色列科学基金会(1396/15)。,e是sle Schupf家庭椅子。洛杉矶被ISEF支持。

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引用

[1]↑巴登。T。焦点,P。因特网,K。,罗马Roson, M。陆慈,M。欧拉,t . 2016。视网膜神经节细胞的功能多样性的老鼠。自然529:345-50。doi: 10.1038 / nature16468

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