摘要：新发现表明，神经元比以前意识到的科学家具有更大的功能灵活性。...

从我们睁开眼睛的第一刻起，我们的大脑就开始创建周围世界的内部表现。由于视觉皮层中的神经元，我们感官将场景组成的组件组装成可识别的对象。

该过程沿着腹侧视觉皮层途径发生，该途径从大脑背面的主要视觉皮层延伸到颞叶。长期以来，人们一直认为，沿该途径的特定神经元根据其所在位置处理特定的信息，并且视觉信息的主要流量是前馈，并在视觉皮质区域的层次结构上进行。尽管长期以来已知存在的皮质连接的相反方向，通常称为反馈，但其功能作用却很少被理解。

洛克菲勒大学的查尔斯·D·吉尔伯特（Charles D. Gilbert）实验室正在进行的研究揭示了沿着视觉途径的反馈的重要作用。正如他的团队在最近发表的一篇论文中所展示的那样PNAS，此反电流流在我们先前与对象的相遇所告知的皮质区域中带有所谓的“自上而下”信息。该流程的结果之一是，该途径中的神经元并不能固定在其反应性中，而是可以适应他们收到的信息。

神经生物学实验室负责人吉尔伯特（Gilbert）说：“即使在物体感知的第一阶段，神经元对视觉刺激的敏感性比以前更为复杂，并且能够通过较高皮质区域的反馈来告知能力。”

不同的流程

吉尔伯特（Gilbert）的实验室研究了多年来信息在大脑中如何代表信息的基本方面，主要是通过研究视觉皮层中视觉感知和感知学习的基础电路。

他说：“该途径的经典观点表明，神经元在其开始时只能感知简单的信息，例如线段，并且复杂性会增加您所走的层次结构，直到您达到只能响应特定复杂性水平的神经元。”

他实验室的先前发现表明，这种观点可能不正确。例如，他的小组发现，视觉皮层能够改变其功能特性和电路，即一种称为可塑性的质量。在与他的洛克菲勒同事（和诺贝尔奖获得者）Torsten N. Wiesel的工作中，吉尔伯特（Gilbert）发现了沿皮质电路的远程水平连接，这使神经元能够将信息链接到视野大部分区域上的信息位。他还记录了神经元可以在与任务相关的工作与任务无关紧要的神经元之间切换其输入，从而强调了其功能属性的敏捷性。

他说：“对于当前的研究，我们试图确定这些功能是我们正常的物体识别过程的一部分。”

看到是理解

吉尔伯特（Gilbert）的实验室花了几年的时间研究了一对猕猴，这些猕猴使用动物可能或可能不熟悉的各种物体的图像进行了对象识别的培训，例如水果，蔬菜，工具和机器。当动物学会识别这些物体时，研究人员使用fMRI监测了他们的大脑活动，以确定哪些区域对视觉刺激有反应。 （这种方法是由吉尔伯特（Gilbert）的洛克菲勒（Rockefeller）同事温里希·弗雷瓦尔德（Winrich Freiwald）开创的，他用它来识别对面孔响应良好的大脑区域。

然后，他们植入电极阵列，这使他们能够记录单个神经细胞的活性，因为向动物显示了训练以识别的物体的图像。有时它们会显示出完整的物体，而其他时候则是部分或紧密裁剪的图像。然后显示了各种不同的视觉刺激，并指出他们是否找到了与原始对象的匹配。

吉尔伯特说：“这些称为延迟匹配样本任务，因为它们在看到对象提示和显示第二个对象或对象组件之间存在延迟，以报告第二张图像是否与初始提示相对应。” “当他们浏览所有视觉刺激以找到比赛时，他们必须使用工作记忆来牢记原始图像。”

自适应处理

研究人员发现，在一系列视觉目标上，单个神经元可能对一个目标更敏感，并且有了另一个提示，它们将对另一个目标更敏感。

吉尔伯特说：“我们了解到这些神经元是自适应处理器，它们会在瞬间发生变化，采用适合直接行为环境的不同功能。”

他们还证明，在途径开头发现的神经元被认为仅限于对简单的视觉信息的反应，实际上并没有受到其能力的限制。

他说：“这些神经元对视觉刺激的敏感性比以前认为的要复杂得多。” “在早期皮质区域相对于较高皮质区域的早期皮质区域所代表的复杂程度方面，似乎并没有像以前认为的那样差异。”

这些发现加强了吉尔伯特认为是皮质处理的新型观点：成年神经元没有固定的功能特性，而是动态调整的，通过不同的感觉体验改变了其特异性。

对皮质活性的观察还揭示了相互反馈连接在对象识别中的潜在功能作用，在物体识别中，从较高皮质区域到这些较低区域的信息流动有助于它们的动态能力。

他说：“我们发现，这些所谓的'自上而下的'反馈连接传达了来自视觉皮层区域的信息，这些信息代表了先前存储的有关对象的性质和身份的信息，这些信息是通过经验和行为环境获得的。” “从某种意义上说，高阶皮质区域向较低区域发送指令以执行特定的计算，而回报信号（前馈信号）是该计算的结果。这些相互作用很可能在我们认识到一个物体的情况下不断运行，并且更广泛地说话，使周围环境视而不见。”

自闭症研究应用

这些发现是对视觉皮层中反馈信息流的重要性和流行率的越来越多的认识的一部分 - 甚至远远超出了。

吉尔伯特说：“我认为自上而下的相互作用是所有大脑功能的核心，包括其他感觉，运动控制和高阶认知功能，因此了解这些相互作用的细胞和电路基础可以扩展我们对我们对脑疾病基本机制的理解。”

为此，他的实验室开始研究行为和成像水平的自闭症动物模型。吉尔伯特（Gilbert）实验室的研究专家威尔·斯奈德（Will Snyder）将研究自闭症模型小鼠及其野生型同窝仔之间的感知差异。同时，该实验室将使用高级神经影像学技术在伊丽莎白·R·米勒脑观测站（位于洛克基菲勒校园的跨学科研究中心）中使用高级神经成像技术进行自然行为时，会观察到动物的大脑中的大量神经元种群。

吉尔伯特说：“我们的目标是看看我们是否可以确定这两组之间的任何感知差异以及可能是这些差异的基础的皮质电路的运行。”