视觉系统可能是大脑中最容易理解的部分。在过去的75年里，神经科学家已经详细描述了进入你眼睛的光波如何让你识别你祖母的脸，跟踪飞行中的鹰，或者阅读这句话。但加州大学旧金山分校的一项新研究表明，视觉科学的一个基本方面受到质疑，这表明即使是研究得最好的大脑部分仍然会有很多惊喜。

根据视觉处理的标准模型，来自视网膜的所有视觉信息必须首先通过大脑后部的初级视觉皮层(V1)，其提取简单的特征，如线条和边缘，然后分配到一些“高阶“视觉区域，提取越来越复杂的特征，如形状，阴影，运动等。

这项新研究 - 在2019年1月4日在线发表于“科学”杂志- 首次表明其中一个所谓的高阶视觉区域，它涉及移动物体的感知，并不依赖于来自V1的信息。 。相反，这个被称为后脊髓皮质(POR)的区域似乎直接从大脑底部的进化古老的感觉处理中心获得视觉数据，称为上丘。

研究高级作者，加州大学旧金山分校生理学教授，霍华德休斯医学研究所研究员，Massimo Scanziani博士说：“就好像我们已经发现了第二个初级视觉皮层一样。”“这破坏了哺乳动物皮层视觉系统的整体概念，作为一个完美的层次结构，V1作为守门人，提出了许多问题，包括这两个平行的视觉系统如何演变以及它们如何合作以产生统一的视觉体验。”

蜥蜴脑显示哺乳动物的皮质

祖先的上丘(在非哺乳动物中称为视顶盖)是很少或没有皮层的生物的主要感觉处理中心，如鱼类，两栖动物，蜥蜴和鸟类。它特别适应运动并与反身行为联系在一起 - 想想一只青蛙用它的舌头从空中捕捉苍蝇的能力，或者一只鱼能够从一个迫在眉睫的捕食者身上飞奔的能力。

然而，随着哺乳动物皮层的发育，上丘并未消失。在灵长类动物中，包括人类，它与快速和无意识形式的视觉处理有关，例如当你看到一条看起来像蛇的棍子时惊恐地跳跃，或者自动捕捉到扔在你脸上的球。它也可能在引导视觉注意力的聚光灯方面发挥作用(例如当你等待交通信号灯变绿或在特定的红白条纹帽子中搜索拥挤的场景时)。但是这篇新论文是第一次有人证明这个进化古老的系统在皮质中有一个专门的空间。

当研究的主要作者，Scanziani实验室的博士后研究员Riccardo Beltramo博士正在记录对鼠标POR中移动视觉刺激的神经反应时，该研究发布，已知该POR在感知运动和空间记忆中起作用。他使用了一种称为光遗传学的技术，用光暂时使V1中的活动静音，希望证实他期望POR响应依赖于通过标准视觉层次结构的信息流。但令他惊讶的是，他发现，即使没有来自V1的输入，POR神经元仍继续响应移动的刺激。

“这绝对是非凡的，”Beltramo说。“我们对皮质中的主要视觉区域进行了沉默，并且POR中的视觉反应仍然没有受到影响。这是第一个告诉我们完全出乎意料的'哇'时刻。”

如果POR对移动物体的反应不是来自V1，Beltramo想知道，那他们是如何到达那里的?他推断，必须有另一条通路将POR连接到视网膜进入的视觉信息。为了识别这种平行的视觉通路，Beltramo使用了定制工程病毒的注射，这些病毒标记了彼此连接的神经元。这让他表明，POR神经元得到两个解剖输入源 - 一个来自V1，另一个来自上丘，每个来自丘脑的不同区域，即大脑的中央中继站。

为了确认上丘正在推动POR对运动的反应，Beltramo使用光遗传学系统地在从POR记录时使V1或上丘沉默。他表明 - 与灭活V1不同 - 关闭上丘使POR活动完全消失。事实上，优越的上丘似乎对POR跟踪移动物体的能力至关重要，研究人员发现POR的V1输入无法自行完成。

研究提出了关于脑演化，功能的基本问题

需要更多的研究来测试像我们这样的灵长类动物大脑的POR样区域的视觉反应是否也依赖于来自上级神经的输入，以及V1驱动和丘脑驱动的活动如何相互作用以影响动物的行为，作者说。

“我们假设POR，以前被认为是一个更高阶的视觉区域，可能是一种'原始'视觉皮层，类似于简单的早期两栖动物，爬行动物或鸟类视觉皮层，并且它可能专用于检测一些东西在环境中移动，无论是小型，近距离捕食还是大型远距离捕食者，“Beltramo说。“从这个角度来看，也许V1会增加这些信息，更准确地区分移动物体的性质，例如它的确切位置，或者它是一种潜在的美味甲虫还是潜在致命的蝎子。”

根据以前的研究，新发现的上丘 - POR系统也可能与恐惧反应，空间注意力和导航，甚至面部识别有关 - 所有POR所在的颞叶皮层区域的特征。

这一发现也可能对一种被称为“盲视”的有趣现象产生影响，在这种现象中，由于对V1的损害而失明的人仍然能够识别物体的位置并导航障碍物，即使他们无法有意识地察觉它们。基于对灵长类动物的研究，盲视被认为取决于上丘，但新的研究表明，它也可能涉及皮质的POR样区域。

“这是其中一个提出很多问题而不是回答任何问题的研究结果之一，因为，正如许多发现一样，它提出了无人问清楚的问题，”Scanziani说。