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视觉皮层在眼动反射可塑性中发挥作用

通过凝视小鼠的眼睛并跟踪它们的眼动,研究人员做出了意外的发现:视觉皮层-大脑中一个处理感觉信息的区域-在促进先天性,自发性眼动的可塑性方面起着关键作用。这项研究发表在《自然》杂志上,由加利福尼亚大学圣地亚哥分校(UCSD)和加利福尼亚大学旧金山分校(UCSF)的研究人员牵头,并由美国国立国立医学研究所的国家眼科研究所(NEI)资助。健康。

“这项研究优雅地展示了对眼动的分析如何使人们更加了解大脑的可塑性-这种能力是大脑适应能力和功能的核心。NEI的项目主管Houmam Araj博士说。如果我们没有意识到这一点,我们的眼睛就会不停地运动。当我们旋转头部并围绕着周围的世界移动时,会出现两个眼部反射以抵消这种移动并稳定投射到视网膜(即我们眼睛后部的感光组织)上的图像。

视动反射会导致眼睛从一侧到另一侧水平漂移-例如,当我们通过行驶中的火车的窗户观看风景时。前庭眼反射可调节我们的眼睛位置,以抵消头部运动。两种反应对生存都至关重要。这些机制使我们能够在崎a不平的道路上行驶时看到交通情况,或者在飞行中的鹰头看到鼠标急忙掩护。这两种反射是由于脑干(大脑的进化中较老的部分)发出的信号而自动发生的。这些反射也彼此精确地协调。

例如,当两个反射之一因年龄或酒精而受损时,另一个可以补偿。该研究的首席研究员Massimo Scanziani博士说,这种编排需要自适应的可塑性,在研究期间,他在加入UCSF之前是UCSD的神经生物学教授。Scanziani与该研究的第一作者,加州大学圣地亚哥分校的博士后刘宝华博士和现为斯坦福大学副教授的安德鲁·胡伯曼博士合作。Scanziani和他的同事试图通过研究禁用前庭眼反射之前和之后小鼠的眼球运动来了解这种适应性可塑性的起源。

在他们的小鼠模型中,禁用前庭眼反射会增加视动反射。他们通过握住鼠标的头部静止不动,然后以黑白水平条纹的形式向鼠标呈现视觉刺激,以围绕鼠标旋转的水平条纹来测量增量。照相机记录了动物的眼睛运动。更有力的眼球运动表明视动反射活动增加。为了测试视觉皮层在这些反射的可塑性中的作用,研究人员应用了一种称为光遗传学的技术,该技术利用光来打开或关闭靶细胞。

研究人员针对视觉皮层中的抑制性神经元使其“开启”,从而使大脑的该区域沉默。使视觉皮层沉默会导致视动反射的活动显着减少,表明视皮层参与介导视动反射和前庭眼反射之间的可塑性。接下来,研究人员试图了解有关视觉皮层如何调节反射的更多信息。长期以来一直观察到,来自视觉皮层的神经投射的集合扩展到了调节先天运动行为的脑干细胞。

科学家破坏了这些预测,并再次观察到了视动反射的减少。这些发现表明,神经投射是解剖结构,视觉皮层通过该解剖结构调节视动反射的可塑性,Scanziani说。斯坎齐尼说,这一发现为哺乳动物皮质在协调眼球运动中的作用提供了新的线索。他说:“我们的大多数反射都是在脑干中编码的,但是从进化的角度来看,一个人的大脑皮层改变这些反射的能力会扩展其行为能力。”

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