年轻斑马鱼所经历的环境会影响眼睛中神经元的形状和电活动，从而影响后续行为。
伦敦国王学院的神经科学家研究了斑马鱼出生后前五天的情况，以调查它们成长环境的视觉特征是否会影响眼睛细胞的发育。这项发表在《神经元》(Neuron)杂志上的研究发现，与在垂直条纹环境中成长的斑马鱼相比，在水平条纹环境中成长的斑马鱼会发育出形状和反应不同的神经元。
研究人员与康斯坦茨大学(University of Konstanz)合作开发了一种虚拟现实行为测试，展示了眼睛中神经元的结构和功能差异如何影响鱼类的行为。斑马鱼天生倾向于游向与身体方向平行的条纹。该研究使用虚拟现实测试了这种偏好的强度，发现这种本能对于在水平条纹环境中成长的鱼类大大减弱，而在垂直条纹环境中成长的鱼类则保留了这种本能。
这是首次有研究表明不同环境会影响眼睛中神经元的整体形状，并且这种影响会映射到后续行为上。这些变化出现在视网膜中，视网膜是眼睛后部的结构，负责检测光线和基本视觉处理。
"我们极为惊讶和兴奋地发现，在初级感觉器官——视网膜中存在基于经验的可塑性，"该研究的资深作者、伦敦国王学院精神病学、心理学与神经科学研究所(IoPPN)发育神经生物学教授Robert Hindges评论道。"人类和鱼类都不是生来就拥有完全发育的眼睛和大脑。许多神经元在物理上已经存在，但会在成年之前进一步完善——通过一个被称为可塑性的过程。传统上，视网膜一直被视为'硬件'，而完善过程被认为主要发生在大脑中高度适应性的部分，如大脑皮层。"
这项研究增加了越来越多的证据，表明视网膜在将视觉场景传递给大脑其余部分进行进一步处理之前，会对其进行预处理。这是首个表明这种预处理依赖于视网膜和鱼类发育的视觉环境的研究。
为了了解环境是否会影响眼睛的发育，研究人员在斑马鱼生命最初的5天内，将它们放置在水平或垂直条纹的环境中。条纹是所有动物用来帮助理解所看到内容的显著视觉特征。
Hindges教授解释道："人们实际上使用水平和垂直特征来理解更复杂的图像，如人脸，其中鼻子是一条明显的垂直线，而眉毛则是一条清晰的水平线。"
一半的斑马鱼在一个充满水平条纹的世界中成长。另一半则经历了一个只有垂直线条的世界。研究人员使用显微镜对视网膜中的神经元进行成像，发现这两组鱼类的视网膜中具有形状不同的神经元。从眼睛发送到大脑其余部分的神经活动也偏向于这些鱼类在出生后最初几天所看到的条纹。
Hindges教授评论道："这强烈暗示了我们成长的地方会影响我们如何看待世界。这与人类研究一致，这些研究表明在不同视觉环境中成长的人对光学错觉的感知也不同。过去未知的是，这些变化至少部分是由视觉处理最早阶段的变化驱动的：即在视网膜中。"
科学家们测试了视网膜中的这些变化是否会影响斑马鱼5天后的行为。这种行为测试利用了斑马鱼天生倾向于转向与身体平行的条纹的偏好，这依赖于区分不同方向条纹的能力。
使用一个实时跟踪运动的虚拟现实系统，研究人员让鱼类在转向与它们平行或垂直的条纹之间进行选择。在水平条纹世界中成长的斑马鱼未能表现出对平行条纹的这种天生偏好，表现得好像它们更难区分水平和垂直条纹。而在垂直条纹世界中成长的鱼类则保留了这种偏好。
"我们想要探索眼睛中发生的这些变化如何影响鱼类的实际行为，"该研究的第一作者、在伦敦国王学院攻读博士学位期间进行这项研究的Phoebe Reynolds博士解释道。"为此，我们开发了一种新的虚拟现实行为测试，让鱼类可以表现出对特定方向线条的偏好。这让我们能够测试它们的天生偏好是否受到生长环境的影响。"
"跟踪设置和行为范式的设计受到了我们对视网膜结构和功能变化观察的启发。这些特征是否也会影响在行为中区分条纹模式的能力完全不清楚。因此，我们非常惊讶地发现动物生长的条件确实对表现产生了重大影响，"领导这项研究行为实验的康斯坦茨大学"集体行为高级研究中心"的Armin Bahl教授说道。
"通过基因操作，研究人员能够分离出视网膜可塑性对这种行为的贡献。在没有视网膜可塑性影响的情况下，来自两种环境的鱼类表现相同，这证明眼睛生物学的变化正是驱动它们行为的原因。"
这项研究主要由医学研究理事会(Medical Research Council, MRC)、利华休姆信托基金(Leverhulme Trust)、生物技术和生物科学研究理事会(The Biotechnology and Biological Sciences Research Council)以及Emmy Noether计划资助。
Phoebe Reynolds博士目前是瑞士巴塞尔弗里德里希·米歇尔生物医学研究中心(Friedrich Miescher Institute of Biomedical Research)的博士后研究员。
《早期视觉经验引发视网膜的细胞和功能可塑性并改变行为》(Reynolds等人)已发表在《神经元》(Neuron)杂志上。
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