處于黑暗環(huán)境中的動物必須調(diào)整視力以適應(yīng)多種不同的環(huán)境，無論是想要看清周圍的事物，還是避免被捕食者吃掉。在大多數(shù)情況下，動物眼睛中的感光機制都會改變，以吸收更多昏暗條件下存在的少量光子。
不過，一項新研究發(fā)現(xiàn)，至少在老鼠在黑暗環(huán)境中使用了一種不同的策略：一種對運動更為敏感的夜視。這篇發(fā)表于本周《神經(jīng)元》雜志的新研究指出，身處黑暗環(huán)境中時，一種視覺細胞使老鼠能夠?qū)\動更為敏感，這可能有助于它們躲避夜間捕食者。這種細胞位于視網(wǎng)膜。視網(wǎng)膜是眼球后面的一個多層次結(jié)構(gòu)，對視覺至關(guān)重要。
目前仍不清楚人類和其它動物是否擁有同樣的視覺機制。不過，研究這類獨特的視覺機制對研發(fā)靈敏的視網(wǎng)膜假體至關(guān)重要。
“要想制造出性能良好的視網(wǎng)膜假體，必須了解的一個問題是在特定的視覺場景下，大腦中產(chǎn)生了什么樣的信號模式？”研究的合作者、杜克大學的神經(jīng)生物學者Greg Field說道。
“如果能回答上述問題，那么我們就能知道如何通過電刺激視網(wǎng)膜假體產(chǎn)生那種信號模式?！?/p>
黑暗中的運動
合成視覺影像是一個極其復雜的過程，需要視網(wǎng)膜的細胞處理大量有關(guān)對比度、顏色、運動和方向方面的數(shù)據(jù)。當各個類型的細胞獲取到外界信息后，會傳遞給大腦，大腦會進行大量的并行加工，最終輸出為連貫的場景，整個過程就是一眨眼的工夫。
Field和其團隊想知道當光照水平變化時視覺細胞的加工過程如何改變。實際上，他們主要關(guān)注的是動作感應(yīng)細胞在不同光線條件下的變化，研究者將光線條件設(shè)置為從明亮的關(guān)照條件一直到蒼白的月光。
在正常情況下，科學家會移除老鼠的視網(wǎng)膜，將其放在一個電極陣列上，該電極陣列能夠記錄哪些細胞被不同的視覺刺激激活。在培養(yǎng)皿中，老鼠的視網(wǎng)膜能夠存活數(shù)小時，并對視覺輸入正常反應(yīng)。接下來，在不同的光線條件下，研究團隊會向培養(yǎng)皿中的視網(wǎng)膜播放不同的電影，然后觀察激活模式是否存在差別。
“感覺就像觀察自己看電影時視網(wǎng)膜的活動，我雖然喜歡這種研究。視網(wǎng)膜依舊能看到，確實有點毛骨悚然的感覺，”Field說道。
但對于這個實驗，F(xiàn)ield和同事們讓一批老鼠在暗光中適應(yīng)了12小時，以使它們的視網(wǎng)膜能夠最大程度上適應(yīng)暗光條件。接著，為了避免破壞它們的暗適應(yīng)，科學家使用夜視鏡在黑暗環(huán)境下實施了復雜的視網(wǎng)膜剝離手術(shù)。
“你必須密切注意自己手中的工具，”Field警告說。
之后，研究者向培養(yǎng)皿中的視網(wǎng)膜播放電影時會逐漸增強燈光，同時記錄在不同的光線條件下哪些細胞對運動做出了反應(yīng)。結(jié)果研究生Xiaoyang Yao發(fā)現(xiàn)，通常在強光下只對“向上”的運動敏感的細胞在暗光中變得不太敏感，對“向上”、“向下”、“向左”和“向右”的運動都會做出反應(yīng)。
“在暗光條件下，僅僅探測到運動就充滿挑戰(zhàn)性，”Field說道。“因此視覺系統(tǒng)似乎使這種細胞能進行更靈活的轉(zhuǎn)向，進而使其能探測到更大范圍的運動?！?/p>
尋找平衡
通過這種方式，視覺系統(tǒng)既能夠最大程度的探測到運動，同時還能兼顧探測該運動的方向，畢竟對老鼠來說，僅僅知道貓頭鷹即將襲來卻不知道襲擊的方向沒有什么用處。只有一種動作敏感細胞增強靈敏度似乎實現(xiàn)了完美的平衡，F(xiàn)ield說道。
Field和同事無法完全確定為何“向上”的細胞是唯一能夠做到這一點的細胞，不過他們的后續(xù)研究表明，這與“向上”細胞的連接網(wǎng)絡(luò)與其它三種對運動敏感的細胞不同有一定關(guān)系。
“它們相互電耦合在一起，這使得它們能在不同光線條件下都能靈活轉(zhuǎn)向，”Field說道。
研究結(jié)果非常有趣，斯坦福大學的神經(jīng)生物學家Andrew Huberman說道。同時他還指出，截至目前這種細胞之所以叫這個名字，是因為人們之前一直以為它只對“向上”的運動做反應(yīng)。
“Field等人的研究結(jié)果將會迫使研究者重新思考如何為這些細胞命名，同時在更廣泛的背景下對我們自認為已了解的神經(jīng)元進行評估，”他說道?！拔覀冊趯毎愋拖露x時應(yīng)該更謹慎，同時確保命名不會阻止研究者對細胞更廣泛的功能進行研究。這篇研究充分證明了這一點?！?/p>
【夜視新類型：或?qū)⒂兄谘邪l(fā)更靈敏的視網(wǎng)膜假體】相關(guān)文章：
★ 地理環(huán)境：探秘南極冰下山脈冰川發(fā)源地
★ 高中地理難點剖析：亞洲水稻種植的區(qū)位優(yōu)勢
★ 地理要點巧記
