當(dāng) Cris Niell 說他想研究小鼠是如何看東西的時候，并沒有得到更多高級神經(jīng)科學(xué)家的認(rèn)可。小鼠是夜行動物，它們用鼻子和胡須為自己導(dǎo)航，因此許多研究人員認(rèn)為關(guān)于小鼠的許多視覺實(shí)驗是毫無意義的。通常情況下，研究人員都用猴子作為替代模型，因為猴子有處于正前方的視野和比小鼠更加敏銳的視覺。更重要的是科學(xué)家們可以依靠幾十年的成熟的技術(shù)，將靈長類動物的實(shí)驗結(jié)果運(yùn)用到人類的視覺系統(tǒng)。“人們都說，在老小鼠身上研究視覺系統(tǒng)，這太瘋狂了，”Niell 回憶說。

但他始終堅信這些嚙齒動物能夠為視覺系統(tǒng)的研究帶來一些獨(dú)特的東西。自 1960 年代以來，研究人員就利用貓和猴子做過一些研究，發(fā)現(xiàn)了大腦將信息從眼睛映射到意識的重要線索。但是想要在細(xì)胞水平上進(jìn)行更加深入的研究，研究人員就必須能夠控制和監(jiān)測神經(jīng)元，而在貓和猴子的復(fù)雜系統(tǒng)中很難做到這一點(diǎn)，在小鼠身上就相對容易得多。如果小鼠處理視覺刺激的進(jìn)程與靈長類動物相似的話，我們就可以搞清楚大腦是如何在受到外來刺激后從大量的數(shù)據(jù)中提取信息——甚至弄清楚大腦是如何工作的。

在眾多神經(jīng)科學(xué)家對 Niell 的想法表示質(zhì)疑的時候，他找到了一個支持者，舊金山加州大學(xué)的 Michael Stryker。Stryker 為 Niell 提供了在自己實(shí)驗室里攻讀博士后的機(jī)會，兩人從 2005 年開始著手準(zhǔn)備這一項瘋狂的小鼠視覺實(shí)驗。

將近十年后，這兩位研究者擁有了更多的研究同仁。在去年舉行的神經(jīng)科學(xué)學(xué)會年度會議上，Niell 出席了許多關(guān)于小鼠視覺的研討會。2012 年 3 月，西雅圖的艾倫腦科學(xué)研究所宣布了一項為期十年計劃花費(fèi)超過 1 億美元的科研項目來研究小鼠視覺在大腦上的映射區(qū)域。今年6月，在紐約冷泉港實(shí)驗室一個為期兩周的培訓(xùn)課程向人們展示了小鼠視覺研究的未來和重點(diǎn)。加州大學(xué)神經(jīng)學(xué)家、這一課程的課程主任 Andrew Huberman 表示，22 個學(xué)生中，有超過四分之三的人選擇調(diào)查如何使用小鼠進(jìn)行視覺系統(tǒng)研究。此外他還表示，在最初的 2001 年，只有一兩個學(xué)生選擇在這一領(lǐng)域?qū)W習(xí)，但是現(xiàn)在學(xué)生人數(shù)呈指數(shù)上升，“這是一個爆炸式的增長。”

大量的關(guān)注很大程度上源于科技的進(jìn)步，利用光遺傳學(xué)技術(shù)，研究人員能夠監(jiān)測和控制特定的小鼠神經(jīng)元。低廉的成本與不存在倫理限制，也是這一項目吸引人的地方。

Huberman 指出，就目前而言，他們是否能夠就此揭開關(guān)于人類的視覺的有用信息還是一個開放性的問題。“小鼠視覺皮層的神經(jīng)科學(xué)就像是一部智能手機(jī)，每個人都認(rèn)為自己需要買一個玩，但是智能手機(jī)究竟是僅僅給人帶來方便，還是讓人分心的玩具，亦或是在發(fā)明電之后的有一個偉大發(fā)明，仍然有待時間的驗證。”

嚙齒動物的吸引

Niell 想重溫一些知名的和開創(chuàng)性的視覺科學(xué)實(shí)驗。在 1950 年代和 1960 年代，David Hubel 和 Torsten Wiesel 將電極放在貓和猴子的大腦背面，用揚(yáng)聲器來跟蹤神經(jīng)元活動。當(dāng)動物看到斜線和移動的小圓點(diǎn)時，研究人員分別監(jiān)聽了它們的大腦活動。他們所監(jiān)聽到的結(jié)果顯示，神經(jīng)元組織區(qū)域相應(yīng)運(yùn)動和邊緣圖形。這項發(fā)現(xiàn)讓他們獲得了諾貝爾獎。

原來，神經(jīng)元會對眼睛輸入到視覺皮層的信息加以篩選：一些神經(jīng)元只響應(yīng)垂直的線，一些響應(yīng)水平線，還有一些響應(yīng)斜線，還有一些相應(yīng)移動的原點(diǎn)，以此類推。

Niell 現(xiàn)在管理著尤金俄勒岡大學(xué)的一個實(shí)驗室，他也知道將上述發(fā)現(xiàn)套用在小鼠身上并非易事。例如安放在小鼠大腦的電極有可能損壞脆弱的小鼠大腦，不僅無法起到監(jiān)控作用，還會影響小鼠自身活動。但是在隨后的研究中，他們重新設(shè)計了研究設(shè)備，Niell 和 Stryker 現(xiàn)在使用硅制的微探針記錄小鼠大腦活動。

響應(yīng)一系列斜線的神經(jīng)元映射圖，在特定的圖形取向下，神經(jīng)元活動達(dá)到高峰。但當(dāng)首選斜線傾斜角度變成其它的角度后，這些細(xì)胞則陷入了沉默。Stryker 回憶說，“我簡直不敢相信這些圖像如此清晰，就像書本上的圖表一樣。”Stryker 和 Niell 認(rèn)為這是小鼠可以作為高等動物的視覺研究模型的有力證據(jù)。

當(dāng)這一研究結(jié)果被傳開后，他們的實(shí)驗室很快有了訪客。最早的是加州大學(xué)的兩位神經(jīng)科學(xué)家 Hillel Adesnik 和 Bassam Atallah。Adesnik 和 Atallah 一直致力于研究小鼠大腦切片的連接。他們想要測試細(xì)胞如何在新切割組織回應(yīng)刺激，但是沒有成熟的處理技術(shù)。所以當(dāng)他們聽到來自舊金山的這個消息時，立即跳上摩托車行駛 800 公里去向 Niell 學(xué)習(xí)。自從那次訪問之后，Adesnik、Atallah 所做的實(shí)驗也證實(shí)了神經(jīng)元在小鼠視覺皮層的交互作用。

但是索爾克研究所大的一個神經(jīng)生物學(xué)家 Edward Callaway 指出，現(xiàn)在還不知道這門科學(xué)能夠走多遠(yuǎn)，“到目前為止，我們還沒有從小鼠視覺系統(tǒng)上發(fā)現(xiàn)任何新的東西。但是這并不奇怪，因為我們光研究猴子視覺系統(tǒng)就花了40年。”

但這些早期的數(shù)據(jù)使得研究者向著利用簡單模型揭示大腦復(fù)雜活動的目標(biāo)邁進(jìn)了一大步。例如，這個研究結(jié)果就表明小鼠大腦有著與靈長動物類似的復(fù)雜處理過程。

無獨(dú)有偶，大約在同一時間，倫敦大學(xué)的 Matteo Carandini 將多年的研究視野從猴子和貓轉(zhuǎn)向小鼠。他想研究神經(jīng)回路上下游的活動，因此他必須記錄單個神經(jīng)元的活動。而這一點(diǎn)在猴子和貓復(fù)雜的大腦系統(tǒng)中是非常難以做到的，所以 Carandini 開始探究模式小鼠的神經(jīng)元活動。

他和他的團(tuán)隊開發(fā)了一個任務(wù)：訓(xùn)練小鼠在看到條紋時按下一個按鈕。該團(tuán)隊還監(jiān)視小鼠在運(yùn)動或探索虛擬環(huán)境時的視覺處理過程。現(xiàn)在 Carandini 想在這樣的實(shí)驗條件下操縱特定的神經(jīng)元，觀察小鼠行為的變化。他認(rèn)為在小鼠小而扁平的大腦上進(jìn)行研究，可以映射高等動物的大腦行為進(jìn)程。

模糊的視覺

但是 Carandini 和許多這一領(lǐng)域的研究者都承認(rèn)這一研究有一些限制。例如沒有人能否認(rèn)老鼠的視覺不怎么好; Niell 估計它們的視覺相當(dāng)于人類視覺的 1/100(相當(dāng)于盲人)。因此有些研究任務(wù)，在嚙齒動物身上是無法完成的。“想要真正得到正確的研究結(jié)果，我們不得不使用靈長類動物，”世衛(wèi)組織研究人員 Callaway 說道。

但是也有人表示，小鼠和人類之間的相似之處大于差異。小鼠的視覺皮層包含與人類相同的神經(jīng)類型、相同的種類比例，以及相同的作用機(jī)制。在進(jìn)化關(guān)系上，老鼠與人類的親緣關(guān)系比貓更近。事實(shí)上，小鼠的大腦區(qū)域相比猴子和貓更易于處理。

可并不是所有的科學(xué)家都能認(rèn)同這一說法。因為小鼠與猴子的大腦區(qū)別非常明顯。首先是大小，其次是神經(jīng)元的數(shù)量。有人認(rèn)為小鼠的大腦太小，以至于不能采用同樣的方式進(jìn)行研究。