【實驗室新聞】酷吧!你的眼睛知道什麼能預測未來。

2021/08/04閱讀時間約 3 分鐘
  近期學長在《Nature Neuroscience》的文章終於被刊登出來了,雖然早已請他寄檔案給我,本來想搶刊登當下就發文,但偷懶到現在才寫,先在此獻上我的膝蓋。

甚至美國已有科普文章產出,可惡啊!
希望我今天發文,是臺灣最速媒體。

這篇研究以獼猴視網膜作為研究材料,透過實驗得知
視覺訊號的處理過程具有選擇性,而且它們只保留對預測未來有幫助的訊號。

現在就讓我們來聊聊這個研究吧!

  之前分享過的兩篇文章中都有提到,大環境裡刺激很多樣,動物若想生存,就必須知道哪些資訊對自己有用,而哪些無用可以忽略,才不會白費工夫。這方面的研究中,佔有一席之地的有效編碼假說 ( Efficient coding hypothesis ),主軸為「神經元間會以最少最有效率的方式傳播訊息」,也就是每個資訊間重複性不會太高,在前端神經訊號處理領域,這個假說的解釋力相當高,但此經典研究卻從未闡明各種信息對行為的影響是否與兩者相關性有關,實屬可惜。

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  眼睛對視覺動物來說非常重要,視網膜(Retina)更承擔了接收光線的重責大任。其外側有錐狀(Cone)跟桿狀(Rod)細胞,前者專責彩色視覺,後者擔綱偵測明暗變化,接著訊號經中游雙極細胞(Bipolar cell),於末端節狀細胞(Ganglion cells)統合進大腦。

本篇文章即研究此神經迴路,
主要量測視錐細胞上的不同刺激,會讓後端節狀細胞輸出什麼樣的信號,之間訊號處理稱為神經編碼,可以想像成電腦程式輸出、輸入的作業程序。
結果正如開頭所提:輸出的訊號幾乎包含了所有可預測未來的資訊。

這是怎麼辦到的呢?

  與視錐細胞無關,處理程序存在於雙極細胞間的互動關係,學術上來說,肇因於這群細胞的兩個能力:電耦合(Electrical coupling)非線性突觸釋放(Nonlinear synaptic release)。電耦合過程加強了對相關刺激的反應,並經非線性突觸釋放將不相關訊號的弱反應消除,在彼此加強,過濾異己後,剩下的訊號就只有具預測性的。
這個研究提供了一個新的觀點:
那就是訊息傳遞並非單純簡化,而是會根據行為選擇訊號,至少具預測性的訊號該被優先採納。
這是以信息瓶頸(Information bottleneck)做為研究方法所能提供的知識架構,不同訊息的線索,會對未來產生不同影響,也有相異的預測性。
  不過,前述由此實驗支持的預測模型,似乎跟有效編碼假說期冀的高效模型觀點互有出路,因為預測模型描述的過程是神經編碼程序會留下跟未來行為相關的信息,而後者卻關注訊息間的不同,能從過去訊號預測的未來資訊會被神經拋棄。

面對這場矛盾大對決,研究者說:「安啦!」

  這兩個編碼過程並未互斥,而是互相配合,視網膜神經迴路刪除多餘的訊息,同時留下對預測運動軌跡有幫助的資訊,這是運動員能好好接球,我們又能享受緊張刺激球賽的基礎!
能預測運動軌跡是從事球類運動的基礎
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大家好我是政佑,科研初心者、sky in the wall 菜編,日常進行神經科學研究,假日喜歡跑野外認識動植物,也喜歡分享所學給更多的人。希望能以自己的文字,讓科學的有趣接觸群眾,也希望以自己的經驗,讓實驗室跳脫冰冷想像,目前持續推出大哉問、科普文章、旅遊文章,若有意願合作歡迎私訊臉書。
2020大二下我加入清大焦傳金老師實驗室,做烏賊行為實驗,應該很多人對實驗室日常感到陌生,甚至覺得實驗室很無聊,這個專題就是要告訴各位「實驗室很有趣」,還會帶來一些科普知識、頭足綱簡介。
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