视网膜关闭神经节细胞允许在星光下检测量子阴影

根据阿尔托大学和赫尔辛基大学的新研究，老鼠使用特定的神经通路来检测阴影，它可以检测到几乎最暗的阴影。人眼也有同样的神经回路，研究人员认为它可以用来以前所未有的分辨率探测视觉疾病。

为了测试阴影检测，研究人员将老鼠放在几乎没有光线的迷宫中。出口处有一个黑点，与周围的黑暗几乎没有区别。通过跟踪小鼠如何穿过迷宫并测量眼睛后部(视网膜)神经元的活动，研究小组表明，一组称为 OFF 神经节细胞的视网膜细胞检测到了极小的光照水平下降。

“我们的目标是从分子一直到行为，”在阿尔托和赫尔辛基大学联合任命的 Petri Ala-Laurila 教授说。这项研究建立在他小组的早期工作基础上，该工作表明，ON 神经节细胞用于检测黑暗中非常微弱的光斑。“相反的任务是检测最暗的阴影，其中只有几个光子丢失。我们的假设是，这就是最敏感的 OFF 细胞在星光下所做的事情，因为它们会根据阴影提高发射率，”Ala-Laurila 说.

该团队还根据光感受器和神经通路的物理特性计算了阴影检测的基本极限。在考虑了不可避免的损失(例如，并非所有撞击受体的光子都被吸收)后，他们发现小鼠的行为和视网膜活动非常接近完美的反应。“我们严格限制的模型强调，视觉引导的行为和最敏感的 OFF 神经节细胞几乎都是完美的阴影检测器，”该研究的共同第一作者之一 Johan Westö 博士说。

为了发现这些差异，这项研究必须在几乎完全黑暗的环境中进行。该研究的另一位第一作者 Nataliia Martyniuk 说：“视觉系统对最暗阴影的灵敏灵敏度对我们在这些极低光照水平下进行的实验提出了很高的技术要求。”在更高的光照水平下，更多的视网膜电路被激活，这将使分析变得非常具有挑战性。

“可以检测到非常暗淡的阴影。即使从几千个视杆受体中丢失的几个光子也足以让动物检测到阴影，”Ala-Laurila 说。“这可能与检测阴影的巨大进化需求有关，因为老鼠和其他动物已经进化到在非常低的光照水平下避开捕食者。”

这些发现表明，理解入射光的过程——将其转化为心理图像——是如何分布在视网膜中执行不同计算任务的不同细胞类型中的。在眼睛内，来自数千个受体的输入级联到 ON 和 OFF 神经节细胞，它们分别充当专门检测光和阴影的模块。

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