视网膜“硬接线”以预测移动物体的路径

UW医学研究人员在新论文中证明，灵长类动物视网膜中的神经回路可以生成预测移动物体的路径所需的信息。

华盛顿大学医学院的眼科助理教授迈克尔·曼努克（Michael Manookin）说：“预测移动物体的去向至关重要，以至于它很可能将其刻在所有视力动物中。”他领导了研究团队，生理和生物物理学教授弗雷德·里克（Fred Rieke）。

Manookin和他的同事在期刊上报告了他们的发现自然神经科学。两位UW本科生Belle Liu和Arthur Hong是报纸上的主要作者。

在研究中，研究人员研究了视网膜中细胞电路如何处理运动。研究人员关注的电路是由光感应感光细胞组成的，称为锥体。细胞的中间层，称为双极细胞；和神经节细胞从双极单元收集信号，并将这些信号从眼睛传输到其他信号大脑区域。

曼努宁说，这些电路由数百个感光细胞组成，这些细胞连接到数十个双极细胞，然后连接到神经节细胞。“来自锥体的信号会在双极细胞上收敛，而来自双极细胞的信号会聚在单个神经节细胞上，该电池必须从这些信号中提取运动信息，并将该信息传递给负责处理运动的大脑区域。”

为了了解这是如何做到的，研究人员投射了似乎正在从视网膜上移开并朝着视网膜移开的模式，并记录了神经节细胞对运动产生的信号。

然后，他们分析了信号，以查看神经节细胞是否正在生成所谓的“预测运动编码”，即反映可用于预测对象未来运动的信息的模式。

Manookin解释说：“例如，如果您展示了一部电影在视野中移动的电影，则可以记录来自神经节牢房的尖峰。”“然后，您可以计算出峰值包含的有关球在未来可能存在的信息。”

为了评估细胞如何有效地传输预测信息，研究人员将神经节细胞的性能与为解决此类问题创建的计算机程序进行了比较。他们发现，神经节细胞在传输此预测信息方面几乎与表现最好的计算机程序一样有效。

曼努宁说：“拥有如此简单的硬件的视网膜如此有效地进行了这些计算，这是非常了不起的。”

研究人员发现，由于双极细胞之间的串扰，电路可以提取此信息。双极细胞与相邻的双极细胞紧密接触。如果一个人受到其感光细胞的信号激发，除了向神经节细胞发送信号外，它还将其中的一些兴奋传递到其相邻的双极细胞。

然后，“启动”相邻的单元格，以便他们也从他们的信号中接收信号感光细胞，他们更有可能向神经节电池发送强信号。这样，随着移动的对象经过视野，有关该运动的信息通过双极细胞网络“波纹”。

神经节细胞最终从双极细胞并用信号编码它，该信号为大脑提供有关对象运动的信息。借助来自数千个这些神经节细胞有关物体路径的信息，大脑可以快速预测其轨迹。

曼努宁说：“每小时90或100英里的快球可以在信号离开视网膜之前行驶超过7英尺。”“要击打棒球，您必须能够预测将来的位置。在日常活动（例如驾驶汽车甚至行走）中，还需要预测环境中物体运动的能力。这是一种能力，因此生存至关重要的是，进化将其重新连接到我们的神经系统。”

最终，对视网膜处理信息如何用于开发技术以恢复患有失明的人有意义的愿景的技术的知识。

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