生物科普 人类和其他哺乳动物如何获得夜视能力的？

在没有月亮的夜晚，到达地球的光比晴天少几万亿倍。然而，大多数哺乳动物仍然可以看得很清楚，即使它们的眼睛里没有像猫和其他夜行动物那样的特殊增亮膜。对老鼠的新研究揭示了这种自然夜视能力的工作模式:视网膜上的运动传感神经系统在黑暗环境中暂时改变它们的连接模式。研究人员表示，这项成就可能会帮助视力受损的人。

科学家们已经对兔子、老鼠、人类和其他哺乳动物的夜视工作模式有了一定的了解。马里兰大学帕克分校的神经科学家约书亚·辛格说，哺乳动物的视网膜可以感应到相对少量的光子。一个单光子可以激活视网膜中称为杆状细胞的感光细胞，并通过神经节细胞向大脑发送微小的电信号。

其中一个神经节细胞专门用来探测物体的运动。如果你是一只被猫头鹰追捕的老鼠，或者正在快速逃离迎面而来的汽车，这是一个至关重要的功能。当物体向上移动时，这些定向选择性神经节细胞中的一些被激发，而当物体向下、向左或向右移动时，其它的相应地被激发。这些细胞共同决定物体的方向，大脑决定如何相应地行动。

辛格说，定向选择性神经节细胞是大脑中为数不多的结构，科学家已经确定了它们神经元的工作模式。但是当光线变暗时，细胞的行为模式令人惊讶。

为了了解定向选择性神经节细胞如何适应黑暗，神经科学家格雷格·菲尔德和他的同事们在北卡罗来纳州达勒姆的杜克大学研究了嵌入电极阵列的小玻璃板上的小鼠视网膜切片。根据Field，每个电极阵列包括大约500个电极，尺寸仅为大约0.5毫米。当在含氧溶液中进行实验时，在电极阵列中的数百个神经元记录下电活动后，老鼠的视网膜仍能运作并“看见”。

研究小组给解剖后的视网膜放映了一部简单的电影——带子在对比强烈的背景下移动——然后调暗灯光10000次，从典型的办公室照明变成月光照明。菲尔德说，当光线变暗时，四个定向选择性神经节细胞中的三个对运动的反应是“坚如磐石”。他们在《今日神经元》杂志上发表的文章称，第四种神经节细胞通常对向上运动有反应，现在它们的运动反应范围显著扩大，包括向下和侧向运动。

菲尔德和他的同事接着分析了为什么“向上”的细胞行为如此奇怪。通过使用计算机来模拟所有四个定向细胞的活动，他们得出结论，当这种“向上”细胞与其他细胞一起牺牲它们对一个方向的偏好时，它们将提高定向细胞的整体性能，并增强定向选择性神经节细胞在弱光下运动的检测能力。

科学家已经对缺乏细胞内联系的老鼠进行了基因改造。这些老鼠的向上感觉神经元有缺口。这些蛋白质间隙被证明与夜视有关，允许化学信号从一个神经元传递到另一个神经元。菲尔德的团队发现，对于视网膜组织中没有这种连接间隙的老鼠来说，它们向上的感应细胞无法适应黑暗的环境。这也意味着至少一些“向上”细胞在弱光下增强运动检测的能力取决于结隙。

目前还不清楚这种情况是否也适用于人类，但啮齿动物的视觉能力可能仍然适用于人工视觉。与占小鼠神经节细胞20%的定向选择性神经节细胞相比，人类仅占4%。许多为视障人士设计的新型视网膜假体在很大程度上依赖于神经节细胞的电刺激。菲尔德说，这样的研究可以帮助微调这些技术。“如果你想刺激神经节细胞，你需要它们向大脑发送正确的信号。”