视网膜细胞的功能组织是由自然全景环境塑造的

现有的视觉系统神经科学模型表明，它就像照相机一样代表视觉世界，对不同物体的位置进行类似的编码。然而，动物周围的环境不断变化，这些变化也会影响视觉信息的处理。

鼠标眼睛自然统计的插图。

奥地利科学技术研究所和德国 LMU 的研究人员最近收集了支持这一假设的证据，并表明小鼠视网膜中神经元的组织受到全景（即广角）视觉统计数据的影响，例如光线水平。他们的发现可以显着促进目前对视觉系统及其进化的理解。

“每个生物体的一个关键特征是适应其生存环境，”开展这项研究的研究人员之一马克西米利安·约施 (Maximillian Jösch) 告诉 Medical Xpress。“这种适应也应该发生在大脑执行的计算中，例如提取相关信息并忽略不太重要的信息。我们着手通过利用在自然界中系统观察到的最显着的视觉变化来测试这个想法：光的梯度从地面到天空的强度和对比度水平，以询问鼠标视觉系统是否进化到考虑这些限制。”

为了检查与小鼠观察的场景相关的激活小鼠视网膜（感受野）中每个神经元的感觉空间的组织，Jösch 和他的同事开发了一种新的光学成像技术。这种技术使他们能够同时测量和跟踪单个视网膜中数千个神经元的活动。

左图：小鼠视网膜，视网膜神经元被染成红色。右图：视网膜细胞视觉特性随海拔高度的变化。

“我们的光学方法的工作原理如下：当视网膜神经元活跃时，向大脑发送电脉冲，离子在细胞内流动，例如钙，”Jösch 解释说。“我们可以通过在每个神经元中添加荧光指示剂来可视化这种活动。当钙流入时，荧光会发生变化。荧光的这些变化可以用灵敏的相机记录下来，这样我们就可以推断出神经元如何响应不同的视觉整个视网膜的刺激。”

研究人员在提取的小鼠视网膜上进行了实验。与大多数哺乳动物一样，小鼠视网膜不包括称为中央凹的小区域，中央凹是视网膜中的一个小凹陷，可让人类和其他灵长类动物以高清晰度观看。中央凹占整个人类视网膜的不到 1%，众所周知，它在人类更有意识的视觉感知中发挥着关键作用。其余 99% 的人类视网膜也有助于视觉感知，其中许多似乎是无意识的过程。因此，从以人为本的角度来看，本研究侧重于发生在后 99% 的处理过程。

Jösch 和他的同事发现，小鼠视网膜神经元执行的计算会根据视网膜该部分在白天通常看到的全景视觉统计数据而变化。这支持了他们最初的假设，即视觉系统并非天生同质，实际上是适应外部环境的。

“令我们惊讶的是，我们发现当刺激发生意外变化时，视网膜神经元更有可能通知大脑的其他部分，”Jösch 说。“重要的是，出乎意料的情况取决于神经元看向哪里，是天空还是地面。因此，视网膜回路系统地调整它们的属性，从较低的视野到较高的视野，以更有效地代表世界。”

小鼠视网膜和绿色的视网膜神经元。

总的来说，这组研究人员收集的研究结果表明，自然场景的全景结构会影响视网膜不同区域不同处理策略的组织。这扩展了以前的视觉系统模型，突出了它的适应性和动态性。

“我们通常假设视觉系统是同质的，或者换句话说，视觉世界就像一个照相机，相似地测量每个位置，”Jösch 补充道。“然而，我们的自然环境并不相似；它们从地面到天空系统地变化。因此，一个进化为生活在自然界中的系统应该考虑这一点。我们的结果表明，生物体的视觉系统已经适应应对自然限制以改善他们神经元代码的效率。”

未来，Jösch 和他的同事最近的工作可能会启发其他团队进一步研究全景统计数据或其他视觉元素如何塑造视网膜中的细胞组织，以完善我们对视觉的总体理解。

“我们现在正在探索在改变环境时类似的适应如何变化，例如，在适应白天或晚上发生的不同光照水平时，”Jösch 补充道。