现有的视觉系统神经科学模型表明，它像相机一样代表视觉世界，以类似的方式编码不同物体的位置。然而，动物的周围环境不断变化，这些变化也可能影响视觉信息的处理。

奥地利科学技术研究所和德国LMU的研究人员最近收集了支持这一假设的证据，并表明小鼠视网膜中神经元的组织受到全景(即广角)视觉统计数据的影响，例如光照水平的不均匀性。他们的研究结果发表在《自然神经科学》上，可以极大地促进目前对视觉系统及其进化的理解。

“每个生物体的一个关键特征是适应其环境以生存，”进行这项研究的研究人员之一Maximillian Jösch告诉Medical Xpress。“这种适应也应该发生在大脑进行的计算中，例如提取相关信息并忽略不太重要的信息。我们开始通过利用自然界中系统观察到的最突出的视觉变化来测试这个想法：从地面到天空的光强度和对比度水平的梯度，以询问鼠标视觉系统是否进化到考虑这些限制。

为了检查激活小鼠视网膜中每个神经元(感受野)与小鼠观察场景相关的感觉空间的组织，Jösch和他的同事开发了一种新的光学成像技术。这种技术使他们能够同时测量和跟踪单个视网膜中数千个神经元的活动。

“我们的光学方法的工作原理如下：当视网膜神经元活跃时，向大脑发送电脉冲，离子在细胞内流动，例如钙，”Jösch解释说。我们可以通过在每个神经元中添加荧光指示剂来可视化该活动。当钙流入时，荧光会发生变化。荧光的这些变化可以用灵敏的相机记录下来，这样，我们可以推断神经元如何对整个视网膜上的不同视觉刺激做出反应。

研究人员对提取的小鼠视网膜进行了实验。像大多数哺乳动物一样，小鼠视网膜不包括称为中央凹的小区域，中央凹是视网膜中的一个小凹陷，允许人类和其他灵长类动物以高清看到。中央凹占整个人类视网膜的不到1%，众所周知，在人类更清醒的视觉感知中起着关键作用。其余99%的人类视网膜也有助于视觉感知，其中许多似乎是无意识的过程。因此，从以人为本的角度来看，本研究侧重于后99%/发生的处理。

Jösch和他的同事发现，小鼠视网膜中神经元进行的计算根据白天视网膜该部分通常看到的全景视觉统计数据而改变。这支持了他们最初的假设，即视觉系统本质上不是同质的，实际上是适应外部环境的。

“令我们惊讶的是，我们发现当刺激变化意外时，视网膜神经元更有可能通知大脑的其余部分，”Jösch说。“重要的是，意外取决于神经元的视线，天空或地面。因此，视网膜电路系统地调整了它们从低视野到高视野的特性，以更有效地代表世界。

总体而言，该研究小组收集的结果表明，自然场景的全景结构会影响视网膜不同区域不同处理策略的组织。这扩展了视觉系统的先前模型，突出了其适应性和动态性。

“我们通常假设视觉系统是同质的，或者换句话说，视觉世界像相机一样表示，以类似的方式测量每个位置，”Jösch补充道。“然而，我们的自然环境并不相似;它们系统地从地面变为天空。因此，一个进化到生活在自然中的系统应该考虑这一点。我们的研究结果表明，生物体的视觉系统已经适应了自然约束，以提高其神经元密码的效率。

在未来，Jösch和他的同事最近的工作可能会激励其他团队进一步研究全景统计或其他视觉元素如何塑造视网膜中的细胞组织，以完善我们对视觉的理解。

“我们现在正在探索类似的适应在改变环境时如何变化，例如，当适应白天或晚上发生的不同光照水平时，”Jösch补充道。