从神经科学角度告诉你，为什么我们能看见出生之前的世界

Original Daniel Graham 酷炫脑 2023-08-01

Via：dribbble

以下为朗读小姐姐全文音频

作者 | Daniel Graham

翻译 | 李媛媛

改写 | 严佳静

审校 | 严佳静

朗读 | 胡恩

美工 | 老雕虫

编辑 | 因蓝

人类在出生之前对世界完全是未知的吗？科学研究告诉你，事实并非如此。

最早在什么时候能看见？

回想一下你最早的记忆。也许它来自童年早期，大概在三岁左右；也许它是一个朦胧的图像或一个与特定地点有关的模糊感觉，比如你的后院或厨房。

现在再往前看。就在你出生之前，你的脑海中可能有哪些图像在运行？当然，那时你处于黑暗中，你不仅被封闭在你母亲的子宫里，而且你的眼睛是闭着的，你的视觉系统也还在建设之中。

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但是，如果当时你眼睛里的神经元已经有活动，那个时候的你会不会有某种视觉体验呢？

最早在出生以前就能看见。

我们现在发现，即使在黑暗的子宫里，或者说在出生前，我们眼球后面的光敏视网膜已经产生了活动。

当然，研究人员还没有对人类围产期（即将或刚刚出生的婴儿）进行侵入性的神经生理学实验，以了解那时“看到”什么。

但是，自20世纪80年代以来，神经科学家的研究已经表明，其他动物在睁开眼睛之前，视网膜中有兴奋模式。

视网膜波让你出生以前就能看见。

通过过去30年对众多其他物种的研究，神经科学家们对动物睁眼前眼睛里的神经活动模式已经有了很好的了解。

据此，我们可以推断我们人类自己的情况。因为在人类和非人类灵长类动物中，甚至在更普遍的哺乳动物和脊椎动物中，视网膜的基本发育过程是相当相似的。因此，其他物种的视网膜兴奋模式可能与我们人类的也非常相似。

这些兴奋模式被称为视网膜波，从生理学意义上讲，它们与正常视觉过程中光线照射在视网膜上产生的活动相同。

睁眼前的自发视网膜活动是由意大利神经科学家在20世纪80年代末发现的，然后在随后的几十年里，由华盛顿大学的Rachel Wong、斯坦福大学的Carla Shatz和加州大学伯克利分校的Marla Feller领导的研究人员将这一发现带到了惊人的高度。

Wong、Shatz、Feller和他们的同事使用的是最先进的成像装置，可以在成像发生时对这些模式进行可视化。不过，当研究对象是一个生物眼睛内的活体组织，而这个生物本身又在另一个生物体内时，就不是那么简单了。

在每个被测试的脊椎动物物种中，包括猴子、鸡、乌龟、小鼠、兔子、雪貂、猫，甚至鱼，都有一个类似的视觉活动模式。

它通常在动物睁眼前几天或几周开始，不过具体的确切时间有所不同。在一些动物中，眼睛在出生时就睁开了，而在另一些动物中，出生后几天才睁眼。但总的来说，不同物种的基本模式是相当相似的。

迄今为止，在所有被测试的脊椎动物中都发现了视网膜波，这显然是一个有用的（而且确实是必要的）进化特征。

那视网膜波的进化目的是什么？

首先，主要目的是组织大脑发育。

视网膜波对于在眼睛和丘脑之间建立正确的连接至关重要，丘脑是大脑的网络主干。在丘脑中，源自两只眼睛的轴突会刺激丘脑神经元，以形成由一只眼睛或另一只眼睛供给的交替视束。

thalamus丘脑 | Via：stock

当来自一只眼睛的视网膜波被化学阻断时，对应于这只眼睛的视束会变得更薄，而来自另一只眼睛的视束则会正常发育。

从本质上讲，发育过程依赖于两只眼睛之间自发活动的平衡，以建立我们早期视觉系统中错综复杂的基本联系。如果视网膜很安静，该系统就不会建立正确的连接。

其次，视网膜波可能不仅仅只有提供基本输入来帮助大脑正常发育这一个作用。

计算神经科学家Mark Albert及其同事的模拟研究表明，视网膜波可以让我们提前了解一旦我们睁开眼睛就会在视觉世界中体验到的一般形状和运动。

视网膜波是自发的模式。它们是由复杂的化学反应组织起来的，然而，通过进化，这些相互作用能够自我组织成相对简单的模式。

然后，视网膜波爆发，以一种或多或少并连贯的方式在部分视网膜上移动，然后消失。这个过程不断重复，产生了一个漂移波，穿越部分视网膜。随着时间的推移，波浪覆盖了所有的视网膜。

视网膜波看起来并不完全像视觉世界，但它们有类似世界的属性。

例如，视网膜波有以边缘为界的区域，就像自然视觉世界中的物体一样。正如Albert及其同事所说，视网膜波边缘的基本统计属性与自然界中的边缘相似。

耶鲁大学的研究人员最近的工作表明，视网膜波还提供了与视流的基本方面相匹配的运动模式，即当我们在视觉世界中移动时，视觉世界是如何变化的。

Albert称视网膜波是“先天学习”的一个例子。它是一个预先编程的训练系统，提供给我们一种学习的经验，随后可以帮助训练以后的视觉处理步骤。

那么，即将出生的婴儿能“看到”视网膜波吗？对此，我们还不知道，我们还需要发展技术来探查。

但就我们在出生前意识到的任何视觉体验而言，它很可能“看起来”像视网膜波。

不管胎儿是否能“看到”它们，反正视网膜波的视觉化对成年人来说是很有吸引力的，特别是一旦我们理解了我们正在看什么。比如对我来说，这些图案让我感到舒缓和冥想，但更多的是充满了好奇。

Via：giphy

参考文献（点击滑动查看）

1、Albert, M. V., Schnabel, A., & Field, D. J. (2008). Innate visual learning through spontaneous activity patterns. PLoS Computational Biology, 4(8), e1000137.

2、Ge, X., Zhang, K., Gribizis, A., Hamodi, A. S., Sabino, A. M., & Crair, M. C. (2021). Retinal waves prime visual motion detection by simulating future optic flow. Science, 373(6553), eabd0830.

3、Tiriac, A., Bistrong, K., & Feller, M. (2021). Retinal waves but not visual experience are required for development of retinal direction selectivity maps. bioRxiv.

4、Wong, R. O. (1999). Retinal waves and visual system development. Annual review of neuroscience, 22(1), 29-47.

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