神经元结合运动检测的两个理论模型
顾名思义,眼睛中的感光细胞对光做出反应:图像点是亮还是暗?它们不指示运动方向。通过对来自相邻图像点的光信号进行比较计算,才可以在大脑中产生这种感觉。大约50年以来,工程师,物理学家和神经生物学家一直在争论这些计算的确切性质。马克斯·普朗克神经生物学研究所的科学家现在结合了关于这些计算的两种理论,这些理论以前被视为替代假设,并发现它们是在单个神经元中进行的。
蝇通常很难捉到。难怪-他们将大约百分之十的大脑投入到图像运动的检测和处理中。对于苍蝇,一只手以慢动作接近,并且早在任何实际危险出现之前就已经触发了苍蝇的回避动作。数十年来,科学家一直在研究苍蝇大脑如何快速,准确地感知和处理运动。“我们的目标正在慢慢显现出来,并且我们即将动态地解码运动感知的神经元回路,”亚历山大·博斯特说。他一直在马克斯·普朗克神经生物学研究所的系里致力于这个问题。一段时间科学家们现在离答案还近了一步:他们提供的实验数据结合了以前被视为替代品的两种理论。
50多年前,开发了两个相互竞争的理论模型,试图解释如何从相邻图像点传输的信号中计算出有关运动方向的信息。一种理论认为,沿一个方向(称为首选方向)的光刺激会彼此增强。相反,另一种模型假定沿相反方向(称为零方向)的光刺激彼此抑制。在这两种情况下,都会产生方向选择信号较弱的信号,然后必须对其进行进一步处理和放大。“然而,有趣的是,我们已经发现响应运动刺激的第一个细胞T4和T5细胞具有很强的方向选择性,” Alexander Borst报道。
为了解决这种差异,神经生物学家改进了测试设置,使他们能够连续刺激苍蝇脑的各个功能列并记录定向选择性T4细胞的反应。他们收集的数据和相应的计算机模拟很清楚:T4单元在沿其首选方向运行时会增强输入信号,而在沿零方向运行时会抑制输入信号。因此,这两种拟议的机制都在苍蝇大脑的T4细胞中实现,而原本被认为是“非此即彼”的情况就变成了“一视同仁”的情况。该研究的第一作者尤尔根·哈格(JürgenHaag)说:“难怪这些细胞可以在运动方向之间如此精确地区分。”“性质'