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光线水平的极小下降。
“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PetriAla-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，因为它们会增加它们的发射率以响应阴影，”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之后——例如，并非每个撞击受体的光子都被吸收——他们发现小鼠的行为和视网膜活动非常接近完美的反应。
我们严格限制的建模强调视觉引导行为和最敏感的OFF神经节细胞几乎都是完美的阴影检测器。”
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NataliiaMartyniuk说，“视觉系统对最暗阴影的灵敏灵敏度为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!即使只是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。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——将其转化为心理画面——是如何分布在不同的细胞类型中的，这些细胞类型在视网膜中执行不同的计算任务。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。
“这将大量计算推到视网膜上，尽早进行这种检测可以简化大脑下游过程的任务，”Ala-Laurila说。'我们可以在非常低的光照水平下在眼睛中展示这一原理。我的猜测是，它也适用于更高的光照水平以及其他感官和神经生物学的其他领域。
负责向ON和OFF神经节细胞传递信息的视网膜回路在人类中几乎相同。Ala-Laurila解释说，特别是在星光下测试视网膜细胞类型功能的能力也可能具有临床意义。许多视觉疾病是特定于视网膜中特定细胞类型的。通过在非常低的光照水平下进行测试，有可能更早、更精确地检测到这些疾病，因为在这些光照水平下，每个光子都很重要。“在我的有生之年，我希望看到使用非常低的光照水平作为工具检测视觉疾病的革命性技术，”他说。