最近，中国科学院生物物理研究所教授王书荣和博士研究生杨艳、曹鹏、杨杨，以家鸽视觉系统为研究对象，发现了实现扫视抑制的脑内神经回路。该项成果发表在4月6日出版的《自然—神经科学》网络版上。该杂志是神经科学领域里发表原创研究论文的最高刊物。

        据课题组组长王书荣介绍，这项研究从2003年开始，2007年11月完成，历时4年多。今年3月10日，论文被《自然—神经科学》正式接收。

        家鸽是视觉研究中的鸟类代表，其视觉通路构成基本与哺乳动物类似，也有与哺乳动物相当的视觉认知能力。实验中，课题组在清醒家鸽的5个脑区里记录到300多个神经元，分析了它们在扫视期间及其前后的放电频率变化和时间进程，发现脑干网状结构的中缝核复合体在发出扫视信号的同时，也将其“拷贝”或 “伴随放电”信号发给视动震颤核团，并由此通过视觉丘脑上传至大脑视觉中枢，使扫视期间的视觉信号受到抑制，因此使扫视产生的模糊图像“视而不见”。

        王书荣介绍说，在鸽脑里，中缝核复合体位于脑干网状结构内，研究中记录到一群与扫视有关的“全向暂停神经元”。这种脑干神经元有两类：一类神经元在扫视前130毫秒停止放电，在扫视结束前70毫秒恢复正常，这类早时暂停神经元向基底视束核发出抑制信号；另一类神经元则在扫视前80毫秒停止放电，而在扫视结束后400毫秒才恢复正常，这类晚时暂停神经元则向扁豆核发出兴奋性信号。而基底视束核和扁豆核负责产生视动震颤，即慢速跟踪和快速返回交替发生的眼球运动，其中的快速返回便是扫视，它们分别向丘脑发出抑制性和兴奋性神经投射，而丘脑则是视觉信息从视网膜传向大脑的中转站。

        科研人员分别记录了这4个脑区在扫视期间的放电模式和时间进程，发现所有视觉神经元都产生双相反应，即先兴奋后抑制，或先抑制后兴奋。结果，早时暂停神经元使基底视束核神经元在扫视前120毫秒开始兴奋，在扫视结束前即转入抑制；而晚时暂停神经元则使扁豆核神经元在扫视前50毫秒开始抑制，在扫视结束后转入兴奋。这两个视动震颤核团对丘脑的相反作用，便使丘脑视觉神经元在扫视前95毫秒受到抑制，扫视结束后转入兴奋。由于大脑视觉神经元接收丘脑的兴奋性输入，它们便在扫视前70毫秒受到抑制，扫视结束后开始兴奋。

        重要的是，所有这些神经元的反应都在扫视前开始，并且前级与后级神经元在扫视前开始兴奋或抑制的时间差，正好与两级神经元之间传递信号需要的时间相一致。此外，科研人员通过伽马—氨基丁酸阻断、电解或化学损毁实验证明，阻断丘脑视觉神经元的活动，大脑神经元的扫视反应全然消失；损毁基底视束核或扁豆核之一，丘脑的扫视反应减弱一半，而同时损毁两个视动震颤核团，则使丘脑的扫视反应完全消失；损毁脑干中缝核复合体，便使其他4个脑区的扫视反应完全消失。

        “大量实验证据表明，脑干的全向暂停神经元向大脑视觉神经元发送的有关扫视信号，经过视动震颤核团和丘脑而发挥扫视抑制作用。这项研究从生理学和解剖学两个方面，揭示了由5个脑区形成完整的扫视抑制神经回路。”王书荣说。

        “这不仅使人或动物对因扫视而造成的模糊世界‘视而不见’，而且使扫视结束后的视感觉更加灵敏。这种同时向两方面发送指令的任务，可能由两群神经元同时完成，或由同一群神经元的不同轴突分支来完成，这还有待进一步深入研究。”王书荣补充说。

        据了解，《自然—神经科学》三位审稿人给予该论文一致好评，认为实验设计巧妙、结果令人信服，创造性地揭示了形成扫视抑制的伴随放电神经回路。由于鸟类视觉通路基本与人和其他哺乳动物类似，这种扫视抑制神经回路的发现对揭示脑内的神经信息处理机制更具有普遍意义。眼睛运动是研究感觉、运动转换的极好模型，只要涉及到眼球跳动，就会涉及到扫视抑制和图像清晰的问题。因此，这项研究可能会对视觉机器人的眼睛运动设计有所启发。