马克斯·普朗克佛罗里达神经科学研究所的研究人员发现了视觉皮层抑制的根本新作用，从而完善了神经元编码物体运动的方式

我们的大脑在编码有关周围世界的视觉信息方面做得非常出色，可以提供有关瞬态变化的几乎即时的报告，这对于指导我们的行为至关重要。选择性编码对特定视觉特征作出反应的神经元，是大脑编码机制不可或缺的一部分，其产生的电活动可可靠地发出信号，例如边缘的方向，其在空间中的位置及其运动方向。通过使用新工具探究神经回路用来产生选择性反应的连通性原理，马克斯·普朗克佛罗里达神经科学研究所的科学家正在获得对脑功能基本机制的一系列新见解。

理解神经回路如何建立反应选择性是一个巨大的挑战，因为单个神经元会收到数以千计的来自其他神经元的突触输入，并且这些输入的反应特性以及如何影响神经元可能会有所不同。一些输入是兴奋性的，使神经元更可能产生电信号，而其他输入则具有抑制性，从而降低了神经元生成信号的可能性。神经元以某种方式整合了所有这些兴奋性和抑制性突触输入，以产生选择性的响应，这是一个神秘的“输入/输出转换”，已经引起了广泛的研究兴趣。

先前的研究表明，存在一些简单的规则来控制兴奋性和抑制性功能连接。兴奋性连接的一个显着规则是“相似连接”，例如，在视觉皮层中，选择性响应特定运动方向的神经元被认为是从其他选择性响应的神经元接收兴奋性输入。沿相同的运动方向。对于抑制性输入，假定了一个同样重要的规则：神经元接受的抑制性输入的属性与其兴奋性输入的属性相匹配的想法。由于存在“匹配规则”，因此抑制性输入被认为可以调节兴奋性输入的强度，但不能改变其兴奋性输入传递给神经元的选择性。

现在，在《自然》杂志上的最新出版物中，戴维·菲茨帕特里克实验室，丹尼尔·威尔逊博士和本杰明·肖尔博士的研究人员已经积累了挑战这两个原理的多条证据，为人们提供了新的视角视觉皮层中的回路利用激励和抑制来生成对对象运动方向具有选择性的神经元响应。

MPFI研究人员首先需要更好地了解神经元的兴奋性突触输入提供的方向选择性。为此，他们使用了体内双光子显微镜来表征单个兴奋性突触输入对神经元树突的方向选择性，并将其与神经元的整体方向偏好进行比较。令人惊讶的是，他们发现的东西与传统思维背道而驰。尽管许多突触与神经元的整体方向性偏好保持一致，但发现大量突触对相反(零)运动方向的响应最佳，这种连接方式与“以相似方式连接”规则形成鲜明对比。他们还注意到神经元的方向选择性强度与兴奋性突触输入所预测的强度之间存在明显的不匹配。

为了进一步探究造成神经元兴奋性输入与其输出之间令人费解的差异的因素，他们转向使用体内全细胞膜片钳电生理的另一组实验。这种技术可以测量有助于神经元反应的突触输入的总和，并比较兴奋性和抑制性突触输入的贡献。兴奋性输入的结果与双光子成像数据一致，从而证实了在首选运动和无效运动方向上都有大量的兴奋性输入。抑制的结果为团队带来了传统思维的另一个挑战，以及对令人困惑的输入/输出差异的潜在解释：实际上，抑制性输入的调整与激励性输入不匹配。

这些发现预示着皮质抑制性神经元向喜欢相反运动方向的兴奋性神经元做出大量突触输入。研究人员应用了两种新颖的方法来研究这个问题，首先绘制功能定义的抑制神经元的解剖联系，然后使用光遗传学(用光选择性激活抑制神经元)将抑制输入的来源映射到单个兴奋性神经元。同时，这些技术证实了与兴奋性神经元的抑制性连接通常起源于偏好相反运动方向的神经元。