當(dāng) Cris Niell 說他想研究小鼠是如何看東西的時(shí)候，并沒有得到更多高級(jí)神經(jīng)科學(xué)家的認(rèn)可。小鼠是夜行動(dòng)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(yàn)是毫無(wú)意義的。通常情況下，研究人員都用猴子作為替代模型，因?yàn)楹镒佑刑幱谡�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(zhǎng)類動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用到人類的視覺系統(tǒng)�！叭藗兌颊f，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(jiān)信這些嚙齒動(dòng)物能夠?yàn)橐曈X系統(tǒng)的研究帶來(lái)一些獨(dú)特的東西。自 1960 年代以來(lái)，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(shí)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(cè)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(duì)容易得多。如果小鼠處理視覺刺激的進(jìn)程與靈長(zhǎng)類動(dòng)物相似的話，我們就可以搞清楚大腦是如何在受到外來(lái)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(duì) Niell 的想法表示質(zhì)疑的時(shí)候，他找到了一個(gè)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(yàn)室里攻讀博士后的機(jī)會(huì)，兩人從 2005 年開始著手準(zhǔn)備這一項(xiàng)瘋狂的小鼠視覺實(shí)驗(yàn)。

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(huì)年度會(huì)議上，Niell 出席了許多關(guān)于小鼠視覺的研討會(huì)。2012 年 3 月，西雅圖的艾倫腦科學(xué)研究所宣布了一項(xiàng)為期十年計(jì)劃花費(fèi)超過 1 億美元的科研項(xiàng)目來(lái)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(yàn)室一個(gè)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(lái)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(gè)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(gè)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(gè)爆炸式的增長(zhǎng)�！�

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(cè)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(xiàng)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(gè)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(gè)人都認(rèn)為自己需要買一個(gè)玩，但是智能手機(jī)究竟是僅僅給人帶來(lái)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(gè)偉大發(fā)明，仍然有待時(shí)間的驗(yàn)證�！�

嚙齒動(dòng)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(yàn)。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(lái)跟蹤神經(jīng)元活動(dòng)。當(dāng)動(dòng)物看到斜線和移動(dòng)的小圓點(diǎn)時(shí)，研究人員分別監(jiān)聽了它們的大腦活動(dòng)。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(dòng)和邊緣圖形。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)讓他們獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

原來(lái)，神經(jīng)元會(huì)對(duì)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(dòng)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(wú)法起到監(jiān)控作用，還會(huì)影響小鼠自身活動(dòng)。但是在隨后的研究中，他們重新設(shè)計(jì)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(dòng)。

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(dòng)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(jiǎn)直不敢相信這些圖像如此清晰，就像書本上的圖表一樣�！盨tryker 和 Niell 認(rèn)為這是小鼠可以作為高等動(dòng)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(yàn)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(cè)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(lái)自舊金山的這個(gè)消息時(shí)，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(yàn)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(gè)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?yàn)槲覀児庋芯亢镒右曈X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(jiǎn)單模型揭示大腦復(fù)雜活動(dòng)的目標(biāo)邁進(jìn)了一大步。例如，這個(gè)研究結(jié)果就表明小鼠大腦有著與靈長(zhǎng)動(dòng)物類似的復(fù)雜處理過程。

無(wú)獨(dú)有偶，大約在同一時(shí)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(dòng)，因此他必須記錄單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。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(dòng)。

他和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)任務(wù)：訓(xùn)練小鼠在看到條紋時(shí)按下一個(gè)按鈕。該團(tuán)隊(duì)還監(jiān)視小鼠在運(yùn)動(dòng)或探索虛擬環(huán)境時(shí)的視覺處理過程。現(xiàn)在 Carandini 想在這樣的實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(jì)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(dòng)物身上是無(wú)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(zhǎng)類動(dòng)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?yàn)樾∈笈c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。