年轻的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，进而影响后续行为。
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生活，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。发表在《神经元》杂志上的这项研究发现，成长在水平条纹环境中的鱼与成长在垂直条纹环境中的鱼相比，其神经元具有不同的形状和反应。
研究人员与康斯坦茨大学合作开发的虚拟现实行为测试表明，眼睛中神经元的这些结构和功能差异会影响鱼的行为。斑马鱼有一种天生的偏好，即向与其身体方向平行的条纹游动。该研究使用虚拟现实技术测试了这种偏好的强度，发现在水平条纹环境中成长的鱼，这种本能大大减弱，而在垂直条纹环境中成长的鱼则保留了这种偏好。
这是首次有研究显示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。这些变化是在视网膜中发现的，视网膜是眼睛后部的一个结构，负责检测光线和基本的视觉处理。
"我们非常惊讶和兴奋地发现，在初级感觉器官——视网膜这一层次上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的发育神经生物学教授 Robert Hindges 表示。"人类和鱼类都不是出生时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，但会在成年之前通过一个称为可塑性的过程进一步完善。传统上，视网膜一直被描述为'硬件'，而完善过程以前被认为主要发生在大脑高度适应性部分，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。这是首次证明这种预处理取决于视网膜和鱼类发育所处的视觉环境。
为了了解环境是否会影响眼睛的发育，研究人员在斑马鱼出生后的前5天，将它们置于水平或垂直条纹的环境中。条纹是高度显著的视觉特征，所有动物都使用这些特征来帮助理解他们所看到的东西。
"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，眉毛是一条清晰的水平线，"Hindges 教授解释道。
一半的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，发现这两组鱼的视网膜中神经元形状不同。从眼睛发送到大脑其余部分的神经活动也偏向于鱼在出生后最初几天所看到的条纹。
"这有力地表明，我们成长的地方会影响我们看待世界的方式，"Hindges 教授评论道。"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。以前不知道的是，这些变化至少部分是由视觉处理最早阶段——视网膜中的变化所驱动的。"
科学家们测试了视网膜中的这些变化是否会影响鱼在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其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。
使用能够实时跟踪运动的虚拟现实系统，鱼被给予选择，可以转向与其平行或垂直的条纹。在水平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，其行为表明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则保留了这种偏好。
"我们想探索眼睛中发生的这些变化如何影响鱼的实际行为，"该研究的第一作者、在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，鱼可以在其中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成长环境的影响。"
"跟踪设置和行为范式的设计受到了我们对视网膜中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过程中区分条纹图案的能力完全不清楚。因此，我们非常惊讶地发现，动物成长的条件确实对表现有重大影响，"领导该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。
通过基因操作，研究人员能够将视网膜可塑性对这种行为的贡献隔离出来。没有视网膜可塑性的影响，来自两种环境的鱼行为相同，这表明眼睛生物学的变化正在驱动它们的行为。
这项研究主要由医学研究委员会(MRC)、勒弗休姆信托基金、生物技术和生物科学研究委员会以及艾米·诺特计划资助。
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所的博士后研究员。
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