神经生物学家发现了飞行大脑中运动探测器的重要特征

为了及时对环境的变化作出反应，大脑必须快速准确地分析从眼睛接收到的信号。例如，识别接近的汽车移动方向的能力对于现代人在城市中的生存至关重要。利用果蝇果蝇的大脑作为模型，马克斯普朗克神经生物学研究所的科学家们研究了大脑如何提取这种重要的运动信息。他们现在详细描述了使下游神经元能够识别运动方向的细胞。有趣的是，这些输入单元的特征与他们最近提出的运动检测器模型完全匹配。此外，细胞根据动物的状态改变它们的特征：当蝇活跃时，细胞对光刺激的反应更快。

人类主要通过他们的眼睛来感知他们的环境。识别运动及其方向的能力对于我们来说似乎是微不足道的。然而，这种信息必须在大脑中处理，因为视网膜的光敏感觉细胞只能记录对比度的变化。只能通过相邻信号的比较来计算运动方向。存在用于这些计算的各种模型。亚历山大·博斯特和他在马克斯普朗克神经生物学研究所的团队研究了这些模型在多大程度上适用于大脑的神经元电路。他们的测试对象是果蝇Drosophila，一个运动感知大师。

在果蝇的大脑中，T4和T5细胞是第一个以方向选择性方式响应运动刺激的神经元。长期以来，人们一直认为这些细胞比较来自苍蝇视野中两个相邻图像点的信号，并以此方式计算运动方向。但是，这个非常简单的模型无法解释神经生物学家记录的所有经验测量结果。“所以我们的部门开发了一个模型，其中三个而不是两个相邻的图像点相互比较，”Alexander Arenz说，他解释了当前研究的起点。“我们想用飞脑中的细胞来测试这个模型。”一项新的解剖学研究事先已经发现，T4和T5细胞都接收来自四种不同类型细胞的输入信号。因此，具有三个输入单元的模型似乎是合理的。

利用一种飞行电影，研究人员向苍蝇展示了不同的光刺激，并记录了不同输入细胞类型的反应。结果揭示了单个细胞对亮度变化的响应的速度和持续时间的强烈变化。为了更详细地分析这些差异的重要性，研究人员将测量的细胞特征数据输入到网络的计算机模拟中。模拟表明，测量的细胞之间的差异以及T4和T5细胞接收其信号所产生的延迟对于识别运动方向是必不可少的。“所以带有三个细胞的运动检测器可以很好地与这些细胞一起发挥作用，”该研究的两位第一作者之一Michael Drews解释道。“

为了进一步缩小个体细胞的任务范围，研究人员利用了这样一个事实：当动物移动时，苍蝇大脑可以更快地处理视觉印象。亚历山大·阿伦兹解释说：“这可以预期，因为在运动时环境会更快地移动到眼睛周围。”为了在苍蝇大脑中产生这种状态，科学家们刺激了章鱼胺受体，这些受体在动物移动时在自然条件下被激活。他们记录的测量表明，在这些“活动条件”下，输入细胞工作得更快，对更高的运动速度反应更强烈 - 因此，下游的T4和T5细胞也这样做了。

“结果证明了神经元运动探测器能够适应动物行为状态的灵活性”，Alexander Borst总结道。通过这种方式，果蝇在高速移动时可以可靠地感知其环境中的运动。难怪苍蝇很难捕捉到。

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