图1：ipRGC的感光通过差异性调节大脑视皮层兴奋性和抑制性神经元对方位刺激的响应，重塑了视皮层神经网络的兴奋/抑制平衡，最终提升了视皮层的方位选择性及小鼠和人的视觉方位识别能力。
视网膜中除了视杆和视锥细胞之外的第三类感光细胞 - 自感光的神经节细胞（ipRGCs）长期以来被认为是调控哺乳动物的非成像视觉功能（比如瞳孔对光反射，昼夜节律调节等）的感光细胞。在这项研究中，中国科学技术大学薛天教授团队与合作者发现了一个令人意外的现象：主司非成像视觉功能的ipRGCs，竟然还对视觉图像信息加工中的重要特征—方位选择性—起到调控作用。该研究不仅在细胞水平发现ipRGCs的光感受能够提升初级视觉皮层（V1）神经元的方位选择性，而且还在行为学水平展示了这一信号通路能够显著增强小鼠和人类对方位差异的识别能力。这一成果证明了ipRGCs在视觉图像信息加工中的重要性，修正了视觉图像编码仅由视杆和视锥细胞介导的传统认识，完善了我们对视觉图像信息加工神经机制的理解。
这个发现看似意料之外，但是从进化的角度来看又有其合理之处。目前广为接受的视网膜进化理论认为，脊椎动物的祖先（比如类似文昌鱼的物种）同时具备纤毛状感光细胞和微绒毛状感光细胞的感光眼点，前者是视锥和视杆细胞的祖先，而后者是包含ipRGC的视网膜神经节细胞（RGC）的祖先。它们各自独立地贡献于脊椎动物祖先的光感应功能。而随着进化的发展，纤毛状感光细胞同微绒毛状感光细胞之间形成突触连接，而后者投射到中枢神经系统，逐渐演化出复杂视觉感知。因此ipRGC在保持非成像感光功能的同时，与视锥，视杆细胞一起协同调节成像视觉功能，也就顺理成章了。
除了这一改变教科书的科学发现之外，值得关注还有研究团队搭建的一个可以独立调控人类视网膜中三类视锥细胞（红、绿、蓝）以及ipRGCs激活强度的四原色显示系统。该系统能够在不改变三类视锥细胞光激活的情况下，特异性调控ipRGCs的激活强度。这一设计为开发提升人类成像视觉体验的显示终端和照明设备提供了技术可能性。基于这项工作的发现，我们也许需要重新审视被广泛使用的三原色显示系统了。
哺乳动物对外部世界的视觉感知源于视网膜。任何接受过生物医学相关专业教育的学生都知道一个常识，视杆（rod）和视锥（cone）细胞是形成图像视觉唯二的感光细胞。近二十年来，新发现的第三类感光细胞ipRGCs则被认为是执行例如昼夜节律调节等非成像视觉感光功能。近年来，薛天研究团队在发现ipRGC感光分子机制、光通过ipRGC调节诸如情绪、脑发育、糖代谢等非成像视觉功能方面做出系列原创贡献，在国际上引领了“光调控生命过程”这个新领域的开拓和发展。
薛天和合作者团队首次发现了ipRGCs能够增强初级视觉皮层（V1）的方位选择性。此外，通过动物行为学和心理物理学实验，他们进一步证实了ipRGCs的光感受可以提升小鼠和人类对方位差异的辨别能力。这项全新的发现，打破了教科书中对于成像视觉仅由视杆和视锥细胞介导的刻板印象，为视觉信息加工领域提供了全新的感光机制层面的认识。
这项突破性的工作打开了成像视觉信息处理的全新视角，一系列有价值问题等待回答。例如，ipRGC是通过何种眼脑连接的神经环路最终塑造视皮层的图像信息处理？ipRGC的感光是否通过监测环境光强动态调节方位选择性的信息处理？这些新的认识又是否可以为计算机图像处理提供可借鉴的角度？
原文链接：
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(24)00840-7
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