據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道，美國塔夫斯大學的生物學家第一次展示了脊椎動物移植后的眼睛，即使位于遠離頭部的位置，也能在與大腦不具有直接神經(jīng)連接的情況下傳達視覺信息。相關研究報告發(fā)表在2月27日出版的《實驗生物學》雜志上。
科學家所面臨的一大挑戰(zhàn)就是了解受試動物的大腦和身體如何適應組織的巨大變化。通過實驗他們揭示了大腦卓越的可塑能力，即處理從錯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的位置。
研究小組通過手術切除了供體，如蝌蚪胚胎的眼睛原基，并通過熒光蛋白對其進行了標記，然后再將它們嫁接到受體胚胎的后部區(qū)域。這將導致受體動物眼睛的異位生長，而其原有的眼睛也會被移除，只剩下錯位的眼睛。科研人員透過熒光顯微鏡發(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了視覺信息，科學家開發(fā)了一種由計算機控制的視覺訓練系統(tǒng)，水中的各個象限都由紅色或藍色的發(fā)光二極管所照亮。這一系統(tǒng)能夠對游動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作追蹤系統(tǒng)則能使他們監(jiān)視并記錄下蝌蚪的動作和速度。
研究結果十分令人振奮，超過19%的連接到脊柱上的動物視神經(jīng)都顯示出其對于燈光具有習得反應。當藍燈亮起時，他們會自然地從紅燈區(qū)域游開。這一反應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，兩種蝌蚪都不會出現(xiàn)類似的反應。
科研人員指出，醫(yī)學上的一個主要目標就是利用生物或人工部件，來恢復受損或是喪失的感應結構的功能。但他們從沒想到不與大腦相連的錯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區(qū)域吸取信號，并將它們轉化為行為程序。這將為治療失明等感覺障礙提供有力幫助。
下一步，科學家仍需確定脊椎動物大腦的可塑性是否能夠延伸至其他異位的器官，或者是其他類別動物的器官。他們還談到，這一研究未來最吸引人的領域在于，大腦如何能識別出從五臟六腑周邊組織發(fā)出的電信號，并將其理解為可視數(shù)據(jù)。在計算機工程領域，這一問題通常會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)出的電信號是否攜帶了有關它們自身起源的標識，仍是需要測試所檢驗的假設。