信息从眼睛通过大脑中的许多连接传递。理想情况下，相同的图像每次都会以相同的方式表示，但视觉皮层中的不同细胞组可能会受到相同场景的刺激。那么大脑最终如何确保处理我们所见事物的保真度呢？

麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的一组神经科学家，通过在看电影时观察老鼠的大脑发现了这一点。

研究人员发现，当图像出现时，“兴奋性”神经元组会做出反应，从而在视觉皮层中表示它们，而两种类型的“抑制性”神经元之间的活动结合在幕后整齐排列的电路中，以增强所需的可靠性。

研究人员不仅能够看到和分析这些神经元的工作模式，而且一旦他们了解了电路的运作方式，他们还可以控制抑制细胞，直接操纵兴奋性细胞如何始终如一地表示图像。

可靠性问题对于信息处理，尤其是表征，在使视觉有效和可靠方面非常重要。当人们看某物时，相同的神经元应该以相同的方式放电，这样下次和每次我看它时，它的表现都是一致的。

研究科学家 Murat Yildirim 和前研究生 Rajeev Rikhye 领导了这项需要多项技术成就的研究。例如，为了观察工作中的数百个兴奋性神经元和两个不同的抑制性神经元，他们需要将它们设计成在双光子显微镜中在不同颜色的激光下以不同的颜色闪烁。

使用一种称为“光遗传学”的技术控制细胞需要添加更多的基因操作和激光颜色。此外，为了理解他们观察到的细胞活动，研究人员创建了一个三方回路的计算机模型。

该团队的主要观察结果是，当小鼠反复观看相同的电影时，兴奋性细胞之间表征的可靠性随着两种不同抑制性神经元的活动水平而变化。当可靠性低时，表达小清蛋白 (PV) 抑制性神经元的活性高，表达生长抑素 (SST) 神经元的活性低。当可靠性高时，PV 活动低，SST 活动高。他们还看到，在兴奋性活动变得不可靠后，SST 活动及时跟随 PV 活动。

PV神经元抑制兴奋性活动以控制它们的增益。如果他们不这样做，兴奋性神经元就会在大量传入的图像中变得饱和而无法跟上。但研究表明，这种增益抑制显然是以相同细胞对相同场景的表示不太可靠为代价的。

同时，SST神经元可以抑制PV神经元的活动。在该团队的计算机模型中，他们代表了三方回路，并且能够看到当兴奋活动变得不可靠时，SST 神经元对 PV 神经元的抑制作用开始发挥作用。

该团队能够通过光遗传学控制 PV 和 SST 细胞来直接显示这种动态。例如，当他们增加 SST 活动时，他们可以使不可靠的神经元活动更可靠。当他们增加光伏活动时，如果存在，他们可能会破坏可靠性。

如果没有 PV 细胞，SST 神经元就无法增强可靠性。他们假设这种合作是必需的，因为 SST 和 PV 细胞抑制兴奋性细胞的方式不同。SST 细胞仅通过连接或“突触”抑制兴奋性细胞活动，这种连接或“突触”位于称为树突的多刺卷须上，从细胞体或“胞体”延伸出很远。PV 细胞抑制兴奋性细胞体本身的活动。

提高可靠性的关键是让细胞体有更多的活动。为此，SST 神经元必须因此抑制 PV 细胞提供的抑制。同时，抑制树突中的活动可能会减少从与其他神经元的突触进入兴奋性细胞的噪音。

实验证明，调节反应可靠性的责任不仅仅在于一种神经元亚型，相反，SST 和 PV [神经元] 之间的合作动态对于控制感觉处理的时间保真度很重要。SSTàPV 电路的一个潜在生物物理功能可能是通过最大限度地减少突触输入中的噪音和最大限度地提高体细胞的尖峰信号来最大限度地提高兴奋性神经元的信噪比。”

SST 神经元的活动不仅仅受到来自该电路内部的自动反馈的调节。它们也可能由来自其他大脑区域的“自上而下”输入控制。例如，如果我们意识到某个特定的图像或场景很重要，我们可以有意识地专注于它。这可以通过向 SST 神经元发送信号以增强兴奋性细胞活动的可靠性来实现。

除了 Sur、Yildirim 和 Rikhye，该论文的其他作者还有 Ming Hu 和 Vincent Breton-Provencher。

国家眼科研究所、美国国立卫生研究院的国家生物医学成像和生物工程研究所和 JPB 基金会资助了这项研究。