神经科学家找到了更自然的方法来研究视觉

多年来，神经科学实验一直依赖于精心控制的条件。老鼠在小型跑步机上原地奔跑，而不是自由奔跑。或者，它们被精心训练去做易于测量的任务，而不是模仿它们在野外的行为。即使在人体实验中，人们也会静静地坐在功能磁共振成像仪中，看着屏幕上的图像。

这类实验使科学家们对大脑如何工作有了坚实的基础理解。但它们也消除了许多执行看似简单的行为的复杂性。科学家们仍然不明白我们的视觉系统是如何让我们进行日常活动的，比如在凌乱的桌子上找到一支铅笔，或者在崎岖的小路上跑步。

因此，随着技术的进步，神经科学家现在正在突破传统实验的界限，以更自然的方式研究大脑。UO神经学家克里斯·尼尔(Cris Niell)是这一不断发展的运动的一员。在最近的两篇论文中，他的团队开发了研究老鼠视觉的方法，这些方法更真实地代表了动物在实验室之外的世界中导航的方式。

而不是把愿景想成眼科检查或者在电脑屏幕上进行Zoom会议，我们正试图研究视觉在真实的三维世界中是如何工作的，在那里我们四处走动，与人和物体互动，”尼尔说。

第一篇论文，发表于eLife在美国，尼尔的团队评估了老鼠判断距离的方式。他们让这些动物在两个平台之间跳过一个很大的间隙。平台之间的距离不同，所以每一次跳跃，老鼠都必须观察情况，并决定要准备多大幅度的跳跃。

研究人员发现，这些动物并不完全依赖双眼视觉线索。老鼠在一只眼睛被遮住的情况下仍然可以跳跃，这样就消除了两只眼睛之间图像的细微差异，而这种差异通常有助于人们感知深度。相反，尼尔的团队认为老鼠可能利用了一种叫做运动视差的现象:即远处的物体似乎比近处的物体移动得慢。

他们注意到，遮住一只眼睛的老鼠会花更多的时间通过上下移动头部来寻找缝隙，就像猫在考虑是否要跳到书架顶部一样。研究人员提出，头部的运动让老鼠在缺乏双眼深度线索的情况下利用运动视差来判断距离。如果把动物的头部固定在一个更有控制的实验装置上，就无法捕捉到这种细微差别。

尼尔实验室的前博士后研究员菲尔·帕克(Phil Parker)领导了这些实验，现在正在罗格斯大学(Rutgers University)开办自己的实验室。他说:“人们对老鼠的视觉能力有很多怀疑，我认为迄今为止的很多研究都集中在双目视觉上，因为这与我们有很多关联。”“但如果你比较他们在两种情况下的表现，他们没有失去表现的事实表明这些(单眼)线索是强大的。”

第二篇论文发表在神经元在美国，该团队设计了一个系统，可以记录小鼠在探索大型竞技场时的大脑活动。他们给老鼠安装了一个头戴式相机，就像一个微型GoPro。摄像机记录下老鼠的眼睛和视野，电极同时捕捉大脑的活动．

然后，研究人员开发了一种机器学习工具，将电极的记录与鼠标的运动和眼睛的位置同步。他们可以确定老鼠在看什么，以及它的大脑在任何时刻的反应。

那次实验让他们了解了翻译的复杂性神经活动变成一个视觉场景。对于老鼠来说，“神经活动不仅仅取决于你看到的东西;这也取决于你在哪里看，”领导机器学习分析开发的研究生埃利奥特·亚伯说。

也就是说，大脑对眼睛和头部位置都有影响，所以当你看到正对着你的同一个物体时，神经的反应与你必须向左或向右看才能看到它时的反应是不同的。将行为研究与神经记录相结合，可以让研究人员更好地理解这些不同类型的信号是如何在大脑中结合的。

Niell的团队计划在他们未来的工作中利用这两项研究的技术和发现老鼠，可能对人类的大脑,太。

帕克说:“我认为这个方向真正酷的地方在于，通过尝试研究老鼠是什么，而不是把以人类为中心的行为和任务强加在动物身上，它实际上让我们比以前更能将神经科学与人类联系起来。”

因为所有动物的大脑都需要解决类似的挑战，比如弄清楚某物有多远，研究老鼠的自然行为可以让研究人员将人类自然行为的类型归纳出来。

正如尼尔和他的同事在最近的一篇评论论文中所写的当代生物学，“自然行为是大脑的语言。”与典型的实验室实验不同的是，这是大脑进化的目的。因此，自然行为可以为理解包括人类在内的动物王国的视觉是如何工作的提供一种罗塞塔石碑。

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