一個旨在繪製小鼠視網膜神經連線的大型專案可能已經解答了眼睛如何檢測運動這個長期存在的問題。藉助參與線上腦圖繪製遊戲的志願者，研究人員表明，沿著特定方向定位的神經元對能夠共同觸發第三個神經元，以響應沿相同方向移動的影像。
人們有時說我們用大腦而不是眼睛看東西，但這並非完全正確。人們只有在視覺資訊被大腦解釋後才能理解其意義，但部分資訊是由視網膜中的神經元部分處理的。特別是，50年前，研究人員發現哺乳動物的視網膜對移動影像的方向和速度敏感。這表明運動感知始於視網膜，但研究人員一直在努力解釋其原理。
當光線進入眼睛時，會被光感受器細胞捕獲，這些細胞將資訊轉化為電脈衝並將其傳遞到視網膜的更深層。單個光感受器對物體可能移動的方向不敏感，因此馬薩諸塞州理工學院（MIT）位於劍橋的神經科學家金世燮（Jinseop Kim）及其同事希望測試這個難題的答案是否在於視網膜中各種型別細胞的連線方式。
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光感受器透過“雙極神經元”傳遞訊號，之所以這樣命名是因為它們有兩個從細胞體向相反方向突出的莖。然後，訊號透過“星爆無長突細胞”——其細絲或樹突向各個方向延伸，類似於從星星射出的光線——然後到達形成視神經的細胞，視神經將訊號傳遞到大腦。
為了理解雙極細胞和星爆細胞是如何連線在一起的，金和他的同事藉助近2200名 EyeWire成員分析了小鼠視網膜的高解析度電子顯微鏡影像，EyeWire是一個線上“公民科學”遊戲，旨在幫助進行腦圖繪製工作（參見“計算機科學：學習機器”）。玩家追蹤穿過細胞層的路徑，以建立部分視網膜的高解析度佈線圖。
今天在《自然》雜誌上描述的重建圖顯示，雖然一種型別的雙極細胞連線到靠近細胞體的無長突細胞細絲，但另一種型別的雙極細胞則在沿細絲長度的更遠處連線。至關重要的是，已知連線到更靠近星爆無長突細胞體的雙極細胞會以時間延遲傳遞資訊，而其他雙極細胞則立即傳遞資訊。
由於第一種連線型別的延遲，當物體在視野中移動時，在略微不同的時間擊中視網膜上兩個附近位置的訊號可能會同時到達同一個無長突細胞細絲。作者認為，這可以解釋視網膜如何檢測運動：無長突細胞可能僅在接收到這種組合資訊時才會放電，從而發出訊號表明有物體正朝著細絲的方向移動。未沿細絲方向移動的刺激會產生在不同時間到達無長突細胞的脈衝，因此它不會放電。
麻省理工學院的計算神經科學家、該研究的資深作者塞巴斯蒂安·承（Sebastian Seung）表示，應該謹慎解讀這些結果。儘管他和他的同事幫助闡明瞭視網膜的解剖結構，但只有實驗才能最終證明該系統是否按照他們的模型建議的方式工作。
“我們現在將此問題拋給生理學家。他們可以輕鬆地檢驗這個假設。”
瑞士巴塞爾弗里德里希·米歇爾生物醫學研究所的神經科學家博通德·羅斯卡（Botond Roska）說：“這是一篇非常好的論文，它對視網膜中的方向選擇性計算提出了非常清晰且可檢驗的預測。” “這是一個令人興奮的想法，我敢打賭，許多實驗室會跟進研究以檢驗這個假設。”
承補充說，佈線圖僅代表視網膜上連線總數的一小部分。“可能還有其他神經元參與了這個運動檢測迴路，”他說。“我們需要繪製出這些神經元，並最終重建整個視網膜連線體。”
本文經《自然》雜誌許可轉載。該文章於2014年5月4日首次發表。