视觉皮层在眼球运动反射的可塑性中扮演角色

老鼠在凝视的眼睛和跟踪他们的眼部运动,研究人员得到了一个意想不到的发现:大脑的视觉皮层——地区已知处理感觉信息,起着关键作用在促进先天的可塑性,自发的眼球运动。这项研究发表在《自然》是由加利福尼亚大学的研究人员,圣地亚哥(UCSD)和加州大学旧金山分校和由美国国家眼科研究所(NEI),美国国立卫生研究院的一部分。

“这项研究展示了优雅的分析眼动了更多的光在大脑可塑性——一个大脑的核心能力适应和功能的能力。更具体地说,它显示了视觉皮层继续惊奇和敬畏,”说Houmam Araj,博士,NEI的项目总监。没有意识到它,我们的眼睛是在不断地运动。当我们旋转头,随着我们周围的世界,两眼反射踢来抵消这个运动和稳定图像投射到视网膜,光敏组织在我们的眼睛。

视动的反射引起的眼睛水平漂移从左右——例如,当我们从窗户看风景的一个移动的火车。vestibulo-ocular反射调整我们的眼睛位置来抵消头部动作。反应都是生存的关键。这些机制允许我们看到交通驾车沿着崎岖不平的道路,或鹰飞行中看见一只老鼠正寻求掩护。这两个反应发生自动从脑干的信号,大脑更早进化的一部分。这些反应也正是相互协调的关系。

当两个反应之一是受年龄或酒精,例如,其他补偿。这种编排需要适应可塑性表示,这项研究的首席研究员,马西莫·Scanziani,博士,当时研究的加州大学神经生物学教授之前搬到加州大学旧金山分校。Scanziani与该研究的第一作者,Bao-hua刘博士,博士后、加州大学圣地亚哥分校安德鲁•胡伯曼博士,现在斯坦福大学副教授。Scanziani和他的同事试图理解的起源自适应可塑性通过研究小鼠眼球运动之前和之后禁用前庭眼反射。

在小鼠模型,禁用vestibulo-ocular反射增加视动的反射。他们测量增加仍然握着鼠标的头,然后把鼠标与视觉刺激的黑白横条纹,旋转鼠标。相机记录动物的眼球运动。更有力的眼球运动表明增加视动的反射活动。测试视觉皮层可塑性的作用的这些反应,研究人员运用一种称为光遗传学的技术,它使用光来打开或关闭目标细胞。

研究人员有针对性的抑制性神经元在视觉皮层将它们“,”因此沉默大脑的这个区域。沉默的视觉皮层导致显著减少的活动视动的反射,这表明它的视觉皮层参与调停视动的之间的可塑性和vestibulo-ocular反射。接下来,研究人员试图了解视觉皮层调节反射。它一直观察到一组视觉皮层的神经预测延伸到脑干细胞调节天生的运动行为。

科学家们进行这些预测,减少视动的反射。这些发现表明,神经预测的解剖结构视觉皮层可塑性的调节视动的反射,Scanziani说。研究结果揭示哺乳动物大脑皮质的作用在编排眼球运动,根据Scanziani。“我们大部分的脑干反射进行编码,但是从进化的角度来看,一个皮质的能力来修改这些反应膨胀行为体系的环境要求,”他说。

“如果你曾经注意到人们如何在受众倾向于咳嗽独奏音乐表演结束后,你见过这种修改反应的能力。这种能力似乎是一个属性对生存很重要。毕竟当你躲避一只老虎时,这将是最糟糕的时刻,咳嗽。“该研究的部分支持由NEI格兰特R01 EY025668。NEI领导联邦政府研究视觉系统和眼部疾病。NEI支持基础和临床科学程序,导致sight-saving治疗的发展。