早期的视觉体验可推动双目视觉的皮层网络精确对准

大脑视觉皮层的神经网络在将落在视网膜上的光的模式转换成我们称之为视觉的生动的感官体验方面做得非常出色。编码过程的一个关键因素取决于神经元对视觉场景中不同特征的选择性反应。边缘和它们在空间中的方向承载着关于视觉环境的大量信息，视觉皮层中的单个神经元通过对边缘方向的小范围选择性反应来编码这些信息;一些对垂直或水平的反应最大，而另一些对中间的不同方向反应最大。但是视觉皮层的神经元在表达视觉信息时面临着另一个挑战:它们必须将来自左眼和右眼的信号聚集在一起，形成一个单一的统一的双眼表达。

来自两只眼睛的输入信息在视觉皮层中产生关联，我们知道这是通过高度精确的方式实现的，比如，当刺激左眼或右眼时，单个神经元会有选择地对相同的方向做出反应。所缺少的是一个清晰的理解的发展机制,负责统一输入的两个眼睛,一个知识上的差距导致马克斯·普朗克佛罗里达一系列的实验中,研究人员发现一个关键的角色早期视觉经验指导的形成一个统一的双目表示。

马克斯·普朗克研究所的科学家杰里米·张、大卫·惠特尼和大卫·菲茨帕特里克想要解决的第一个问题是，两只眼睛输入信息的对齐是否需要视觉体验。大脑是否使用视觉来排列这些表达?他们在雪貂身上研究了这个问题，雪貂的视觉皮层组织良好，具有重复的模块结构，附近的神经元有相似的取向偏好，导致不同取向的大脑皮层表面活动模式截然不同。

这使得使用检测钙信号的成像技术来可视化与不同方向相关的活动的不同模块模式成为可能。发病前的视觉体验,他们发现单眼刺激生产活动模式,都成熟的视觉皮层的特点除了一:活动的模块化模式产生的刺激的左眼一个取向,不同的模块化模式由同一刺激取向右眼。换句话说，在缺乏视觉体验的情况下，我们的大脑能够形成有序的边缘定位网络，但这些网络缺乏在成熟动物身上看到的双目对齐。额外的实验让研究者们发现了一个在短时间内(7-10天)发生的动态过程，在这个过程中，视觉体验驱动着这些早期表现的一致性。重要的是，研究发现，视觉体验能够支持对位的时间限制在眼睛睁开后的第一周，这表明早期的视觉体验对以后生活中支持双眼视觉的回路的正常发育至关重要。

这些结果表明，双目视觉体验的早期发展可能是一个关键因素，在对齐的网络表示的两眼。这让他们想知道，在两只眼睛同时受到刺激之前，视觉皮层的活动模式是怎样的。令人惊讶的是，他们发现双目刺激导致了第三种模组化表现的出现——这种模组化表现不同于单独刺激两只眼睛时所发现的活动模式。

通过跟踪这三种不同时间的表现，他们发现早期的双目表现比其他的更稳定，与成熟的、统一的视觉体验表现最为相似。因此，随着双目视觉体验的开始，这种双目表征的激活可能指导重组过程，确保所有三个表征成为一个单一的连贯网络。

最终，这些网络结构的变化必须反映单个神经元的响应特性的变化，为了在细胞尺度上探索排列的过程，他们转向使用双光子成像的实验，使他们能够可视化单个神经元的响应特性。

与网络表征的观察结果一致，在视觉体验开始之前，个体神经元对单眼刺激表现出不匹配的定向偏好，而视觉体验引起的偏好定向的改变可以纠正这种偏差。这个计画的下一个步骤是在突触尺度上研究网路重组，精确地找出皮质网路的哪些组成部分正在改变，以及促成改变的机制。

更深入地了解与经验相关的皮质网络排列机制，对于解决由早期视觉体验异常(如弱视)引起的视觉障碍至关重要。但是，经验指导下的皮质网络的排列可能对大脑的广泛功能——感觉、运动和认知——至关重要，这些功能被优化以支持与我们的世界进行有效的导航和互动。

识别那些依赖于早期经验的正确排列的脑回路方面，并理解其潜在的排列机制，可以为许多神经发育障碍提供见解，这些疾病的原因在很大程度上仍是未知的。