在可塑性大脑中 神经元可靠地识别直线

根据生物科学副教授桑德拉·库尔曼(Sandra Kuhlman)领导的卡内基·梅隆大学神经科学家的一项新研究，即使神经元的细胞组成不断变化，大脑主要视觉皮层中的单个神经元也可以可靠地检测到直线。这项研究结果于10月16日发表在《科学报告》上，为以后的研究奠定了基础，以研究感觉系统如何做出反应并适应变化。

我们中的大多数人都认为，当我们定期看到某些东西(例如我们的房屋或工作所在的建筑物)时，我们的大脑就会以相同的神经元放电来可靠地做出响应。假设当我们看到简单的水平线或垂直线时，也是如此。

“我们实验室所在的建筑物具有这些宏伟的立柱，” Kuhlman说。“合理的假设是，当我们每天接近建筑物时，我们的大脑就会以相同的方式识别出基本上是直线的圆柱。从科学上讲，我们不知道这是否是真的。”

尽管库尔曼和其他科学家认为神经元可靠性的想法是一个可能的假设，但他们也有理由认为事实并非如此。构成单个神经元细胞组成的蛋白质成分会在数小时或数天的过程中不断变化，当它们对给定的刺激做出响应时，蛋白质成分可能会发生变化。两种假设均未通过实验证明。

就视觉而言，研究人员确实知道，当我们初次遇到刺激时，大脑主要视觉皮层中的一组神经元会对刺激的方向做出反应，从而确定刺激是水平，垂直还是倾斜。神经元将此信息更深地传递到大脑的视觉皮层，以进行下一阶段的处理。但是他们不知道哪些神经元在响应，是否每次都响应。

一种称为双光子显微镜的新成像技术使Kuhlman实验室的神经科学家能够一次在小鼠模型的初级视皮层中一次看到400-600个神经元，当激活神经元时，该皮层会表达荧光蛋白。在实验中，向鼠标显示了顺序不同的线的序列模式-一些水平，一些垂直和另一些角度。这些刺激激活了兴奋性神经元，使它们发出荧光信号，这可以用显微镜技术看到。

在两周的时间内，小鼠受到相同的视觉刺激，研究人员测量了数百个神经元中每个神经元的反应情况。他们发现，在整个研究中，大约80%的跟踪神经元被相同方向的线可靠地激活。他们还可靠地对相同的方向保持沉默。这表明他们在大脑回路中维持了几天的相同功能。

研究人员能够测试各种刺激，包括测量神经元对不同厚度的线的反应。他们发现，某些神经元在对厚度的反应方式上不稳定，同时又保持了对线方向的原始选择性。库尔曼指出，这表明单个神经元可以连续编码特定的视觉特征，同时仍然能够适应其他视觉特征。

Kuhlman说：“有趣的是在一个特征中看到了可塑性，但在另一个特征中却没有。”“这为我们提供了关键的见解，使我们的大脑在整合新信息的同时如何保持对世界的稳定感知。例如，即使进行了小幅更新(例如，清理建筑物的列)，您也希望能够识别建筑物。看来我们可以在不完全改变给定神经元功能响应特性的情况下更新刺激功能的一个方面。”

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