科学家表征通过光变化检测运动的神经细胞

时间：2021-06-27 12:52:03 来源：

细胞灌木丛中的清晰度。四种神经细胞（Tm9、4、1和2）有助于计算T5神经元（黄色）中的方向选择性信号。

在一项最新发表的研究中，马克斯·普朗克研究所的神经生物学家发现（在果蝇中）四类神经细胞参与了方向选择性信号的计算。

观察事物前进方向的能力对于生存至关重要。只有这样，才有可能避开捕食者，捕获猎物，或者作为现代世界中的人类安全地过马路。然而，运动的方向没有在感光器的水平上明确表示，而是必须由随后的神经细胞层来计算。马丁斯里德马克斯·普朗克神经生物学研究所的科学家现在发现，在果蝇中，四类神经细胞参与了方向选择性信号的计算。迄今为止，这与文献中讨论的运动检测数学模型有很大不同。

横穿马路时，最好知道附近的汽车行驶的方向。但是，无论图像点变亮还是变暗，眼睛中的单个光敏细胞都仅发出局部亮度变化的信号。在下游神经元网络中检测运动的方向。

马克斯·普朗克神经生物学研究所的亚历山大·波斯特（Alexander Borst）和他的团队逐个细胞地揭示了大脑如何根据光线变化来计算运动。他们的模型是果蝇，它是运动视觉的大师，拥有相对较小的大脑。尽管果蝇大脑区域中有超过50,000个神经细胞负责运动视觉，但研究人员认为该网络“足够简单”，足以让他们了解细胞水平的电路。在先前的研究中，他们表明，与脊椎动物类似，苍蝇在两条平行的路径中检测到运动，一条移动明亮的边缘（ON路径），一条移动黑暗的边缘（OFF路径）。

现在，科学家已经成功地识别了果蝇OFF通路中的第一个神经细胞，即T5细胞，该神经细胞感知运动的方向。这些单元从称为Tm单元的四个上游单元接收输入。基于双光子显微镜，电生理学和行为分析的一系列实验表明，Tm细胞通过“关灯”亮度变化而特别激活。相比之下，T5单元仅通过OFF边缘在特定方向上的运动来激活。在T5单元中出现定向选择信号需要所有四个Tm单元的信号。该研究的两位主要作者之一埃蒂安·塞伯（Etienne Serbe）报告说：“这是一个令人惊讶的发现，因为运动检测的数学模型仅涉及两个输入单元。”另一主要作者马蒂亚斯·迈耶（Matthias Meier）说：“另一个令人兴奋的发现是，脊椎动物的视觉系统以类似的方式偏离了这些模型。”

亚历山大·博斯特（Alexander Borst）和他的同事最近展示了苍蝇和老鼠的视觉回路中的许多共同特征（《自然神经科学》的评论文章）。“最近发现的这种共性还表明，我们可以通过对苍蝇的研究来获得对大脑电路的基本见解”，亚历山大·博斯特（Alexander Borst）说。“我已经对接下来在运动回路中发现的东西感到好奇。”

出版物：Etienne Serbe等人，“果蝇OFF运动检测器对主要突触前元素的综合表征”，Neuron，2016年； DOI：http：//dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2016.01.006

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