據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報(bào)道，美國塔夫斯大學(xué)的生物學(xué)家第一次展示了脊椎動(dòng)物移植后的眼睛，即使位于遠(yuǎn)離頭部的位置，也能在與大腦不具有直接神經(jīng)連接的情況下傳達(dá)視覺信息。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在2月27日出版的《實(shí)驗(yàn)生物學(xué)》雜志上。
科學(xué)家所面臨的一大挑戰(zhàn)就是了解受試動(dòng)物的大腦和身體如何適應(yīng)組織的巨大變化。通過實(shí)驗(yàn)他們揭示了大腦卓越的可塑能力，即處理從錯(cuò)位的眼睛傳來的視覺數(shù)據(jù)，即使它們處于距離頭部較遠(yuǎn)的位置。
研究小組通過手術(shù)切除了供體，如蝌蚪胚胎的眼睛原基，并通過熒光蛋白對(duì)其進(jìn)行了標(biāo)記，然后再將它們嫁接到受體胚胎的后部區(qū)域。這將導(dǎo)致受體動(dòng)物眼睛的異位生長，而其原有的眼睛也會(huì)被移除，只剩下錯(cuò)位的眼睛?？蒲腥藛T透過熒光顯微鏡發(fā)現(xiàn)了不同的神經(jīng)支配模式，但卻沒有一根神經(jīng)將異位的眼睛與動(dòng)物的大腦或是頭顱連接起來。
為了確定異位的眼睛是否傳達(dá)了視覺信息，科學(xué)家開發(fā)了一種由計(jì)算機(jī)控制的視覺訓(xùn)練系統(tǒng)，水中的各個(gè)象限都由紅色或藍(lán)色的發(fā)光二極管所照亮。這一系統(tǒng)能夠?qū)τ蝿?dòng)在特定象限的蝌蚪施加溫和的電擊，而與攝像頭和電腦程序適配的動(dòng)作追蹤系統(tǒng)則能使他們監(jiān)視并記錄下蝌蚪的動(dòng)作和速度。
研究結(jié)果十分令人振奮，超過19%的連接到脊柱上的動(dòng)物視神經(jīng)都顯示出其對(duì)于燈光具有習(xí)得反應(yīng)。當(dāng)藍(lán)燈亮起時(shí)，他們會(huì)自然地從紅燈區(qū)域游開。這一反應(yīng)與擁有正常眼睛的蝌蚪群無異。此外，在沒有受到電擊的情況下，兩種蝌蚪都不會(huì)出現(xiàn)類似的反應(yīng)。
科研人員指出，醫(yī)學(xué)上的一個(gè)主要目標(biāo)就是利用生物或人工部件，來恢復(fù)受損或是喪失的感應(yīng)結(jié)構(gòu)的功能。但他們從沒想到不與大腦相連的錯(cuò)位眼睛也能具備視覺功能。大腦能從與脊髓神經(jīng)密切相連的眼睛處獲取視覺數(shù)據(jù)，這顯示了大腦的可塑能力，即其可從身體的多個(gè)區(qū)域吸取信號(hào)，并將它們轉(zhuǎn)化為行為程序。這將為治療失明等感覺障礙提供有力幫助。
下一步，科學(xué)家仍需確定脊椎動(dòng)物大腦的可塑性是否能夠延伸至其他異位的器官，或者是其他類別動(dòng)物的器官。他們還談到，這一研究未來最吸引人的領(lǐng)域在于，大腦如何能識(shí)別出從五臟六腑周邊組織發(fā)出的電信號(hào)，并將其理解為可視數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)工程領(lǐng)域，這一問題通常會(huì)由依附于信息包的元數(shù)據(jù)片段所解決，根據(jù)這些片段就可追溯出它的來源和類型。而緊連脊髓的眼睛所發(fā)出的電信號(hào)是否攜帶了有關(guān)它們自身起源的標(biāo)識(shí)，仍是需要測試所檢驗(yàn)的假設(shè)。