视觉的神经基础

寿天德

复旦大学生命科学学院，上海 200433

视觉的神经基础

寿天德†

复旦大学生命科学学院，上海 200433

视觉系统是人类获取外界信息的最主要的感觉通道。从单个神经细胞到系统水平简要地介绍了迄今为止数十年来神经科学家对视觉神经机制研究的重要成果，让读者对视觉的神经基础有一个清晰和全面的了解。

视觉；脑；视网膜；外膝体；视觉皮层；同步化

视觉系统是人类最重要的感觉系统，它使我们获得80%以上的外界世界的信息，从而了解世界、认识世界和改造世界。视觉系统包括从视网膜经丘脑到大脑皮层的整个系统，视觉皮层是目前为止研究得最为透彻的大脑皮层。

图1 眼和视网膜，放大了的局部视网膜神经网络显示了视网膜的五种主要神经元及其相互连接关系[3](注意：光线入射方向与神经网络中信息流方向正好相反，光感受器在最外层，神经节细胞的轴突层在视网膜最内面)

1 视网膜——外周脑[1-2]

眼睛是心灵的窗口。视网膜是眼的视觉功能的核心部件，它将视觉世界的光学信号，包括光强、形状、颜色、运动等信息，经视网膜内的神经网络进行处理加工后，编码成神经脉冲信号(动作电位)，即数字化的脉冲信号串，传入脑中。

视网膜的结构十分复杂，其多层而有序的组织结构与大脑皮层的结构甚为相似，因此被科学家称为“外周脑”。图1显示外界物象的光线经过眼的光学系统(角膜、晶状体和玻璃体)到达视网膜表面，形成视网膜倒像。图中放大了的视网膜切面显示视网膜内的神经元网络，它由整齐排列的光感受器细胞(视杆和视锥)、双极细胞和神经节细胞三层细胞组成，而在这三层细胞之间还分别夹有水平细胞和无长突细胞，形成了内、外两层复杂的突触网络层。初步的视觉信息处理过程在此进行。

视网膜神经网络的第一级神经元是光感受器细胞——视杆和视锥，它们首先将光能转换为神经元的细胞膜内外电位变化，进而调制其神经递质的释放，去影响第二级神经元双极细胞和水平细胞的活动。视杆对光特别敏感，司暗视觉，无色觉。视锥有三种，分别对红、绿、蓝色敏感，司色觉和精细视觉。双极细胞再将处理后的信息传递给神经节细胞和无长突细胞；只有第三级神经元即最后一级神经元神经节细胞才能产生神经脉冲即动作电位，将整个视网膜神经网络信息处理结果经由其轴突(神经纤维)组成的视神经将视网膜网络处理后的视觉信息传入脑。

介于光感受器和双极细胞之间的水平细胞体积较大，能够彼此通过电突触相连接成一片，并从大量的光感受器接受兴奋性输入，对光感受器及双极细胞发出负反馈信号，产生侧抑制作用。正是水平细胞的这种侧抑制作用，造成双极细胞及其后边的神经节细胞的中心-周边同心圆颉颃式的视觉感受野(在视觉系统中任何一级单个神经元都在视网膜上有一块属于自己的小“视野”——感受野，只有适宜的光刺激到感受野时，该神经元才产生反应)，从而使视网膜具有检测空间对比度的功能(图2)；无长突细胞仅接受双极细胞的输入，对光强的瞬变信息产生非线性的反应，并对神经节细胞发出信息，使视网膜具有检测运动目标的功能。

图2 双极细胞开始形成中心-周边同心圆颉颃式的视觉感受野。(a)双极细胞对光斑和光环刺激呈现完全相反的反应而不管波长如何(注意：对相同形状的刺激，红、绿光刺激引起相反的反应)；(b)图解视网膜水平细胞(H)的侧抑制作用(负号)导致了双极细胞(B)及其后边的神经节细胞的中心-周边同心圆颉颃式的视觉感受野[2]

图3 on-中心型(A～E)和 off-中心型(F～G)视网膜神经节细胞对0.5 s的光点、光斑、光环和弥散光刺激的不同反应——神经脉冲串[2]

如图3所示，视网膜神经节细胞按其对光反应模式还可分为两类：on-中心型(A-E)和 off-中心型(F-G)，分别在给光(或刺激出现)和撤光(或刺激消失)瞬间作出反应。按细胞形态分类，可分为大细胞和小细胞两类，前者对运动和粗轮廓刺激反应敏感，后者对刺激的形状细节敏感。

视网膜节细胞感受野的这种空间上的同心圆颉颃式感受野，使得其对亮暗边界处于其中心与周边分界线上时，反应最大或最小，而整个感受野受光照时反应不是最大，整个感受野在黑暗中时，反应不是最小。如图4(a)所示，边界处于中图的感受野位置时的反应最强烈，因为其感受野兴奋性中心全部被光照射，而抑制性周边没有全部被光照。处于下图的位置时的反应最小，因为只有小部分抑制性周边受到光照，故其反应比黑暗中无刺激时的神经节细胞自发放电水平还要低。细胞整个感受野都在黑暗中时，只有神经节细胞本身自发放电水平(未显示)，但比处于下图的位置时的神经节细胞反应略强一些。图4(a)上图位置的细胞也有显著的但不是最强的反应，因为其感受野兴奋性中心虽然全部被光照射，但其抑制性周边全部被光照，抑制作用最强。

这可以来解释心理学上的马赫带(Mach band)现象，即人们主观觉得靠近亮暗边界的亮侧更亮，暗侧更暗的错觉现象(图4(b))。图4(c)显示，一个猫神经节细胞感受野处于亮暗边界不同位置时的反应，正好与人们主观感觉到的马赫带(Mach band)错觉现象一样。中心-周边颉颃式的视觉感受野使得神经节细胞能够加强检测亮暗边界的能力，它夸大了我们的亮暗对比度感知能力。眼见为实吗?回答是否定的。我们的视网膜告诉大脑的视觉信息并非原原本本地拷贝客观物理世界的信息，而是经过神经细胞加工后的信息。

图4 心理学的马赫带现象及其生理学基础[1]。 (a)一个on-中心神经节细胞对不同位置的亮暗边界刺激的不同反应：感受野全光照时(上图)，细胞产生中等反应；亮暗边界刺激处于中图的感受野位置时，反应最强；亮暗边界刺激处于下图的感受野位置时，反应最弱。(b)物理亮度阶梯变化(下)的均匀条带，我们主观感觉条带内亮度却是不均匀的(上)。(c)一个猫神经节细胞感受野对不同位置亮暗边界刺激的反应

科学家从单个神经节细胞上记录其传送到脑的神经脉冲串，得以了解视网膜告诉大脑什么。现已知道，神经节细胞不仅检测到光强信息，而且检测到颜色信息；更重要的是，通过其中心-周边同心圆颉颃式的视觉感受野，能够灵敏地检测空间上的亮暗对比度和颜色对比度，而对比度是形状知觉的物理基础。此外，有些神经节细胞还可以检测物体的运动方向和速度，乃至检测对比边的方位或朝向的倾向(orientation bias)等信息。这些经过视网膜神经网络处理后的信息，由视神经传送到丘脑的外膝体，进而再传送到视觉皮层。

2 外膝体——调制器和编组站[1]

人和猴的两个外膝体核团位于丘脑两侧，外膝体内细胞为六层分布：第1、2层的神经元接受视网膜神经节大细胞的输入，对颜色不敏感；第3～6层神经元接受视网膜小细胞的输入，对颜色敏感。有趣的是，单侧外膝体的第1、4、6层只接受对侧眼鼻侧视网膜的输入，而第2、3、5层只接受同侧眼颞侧视网膜的输入，而且各层细胞之间互不联络。

外膝体神经元只接受1～2个同型的视网膜神经节细胞的输入，故它们感受野的大小和性质十分相似，也分为on-中心和off-中心以及大细胞/小细胞类型。为此，有些科学家一度认为外膝体没有什么大的用处。事实证明，这一看法是完全错误的。现已证明，外膝体内在视觉信息处理中的作用至少有下列几个方面：

(1)将视网膜信息进行处理，进一步提取有用信息，并传递到视觉皮层；

(2)接受初级视觉皮层第6层细胞下行和中脑(上丘和网状结构)核团的各种调制；

(3)通过对细胞群体分层编组，建立平行的信息处理通道，形成了视网膜—外膝体—视觉皮层一体的大细胞和小细胞通路，在视觉皮层的各个区域组成背侧和腹侧系统，分别处理运动/位置和形状/颜色信息通路；

(4)在外膝体内部，具有相似感受野(最优空间频率、最优方位、on/off类型)的神经元在膝体内空间上靠拢、类聚，为视觉皮层中各种规则排列的功能柱的形成创造条件。

3 视觉皮层——功能无比的神经结构

3.1 初级视觉皮层细胞的感受野特性[1-3]

人类大脑皮层中有超过30多个区域和视觉有关。它们覆盖了一半以上的皮层区域。初级视觉皮层是第一级视区，是大脑皮层中研究得最为透彻的区域。

半个世纪前，美国科学家Hubel和Wiesel开创性的研究发现：大多数初级视觉皮层细胞的一个显著特点是具有强烈的方位选择性，即它们对视野中的各自特定的条纹或短棒的方位(最优方位)反应，而对别的方位就很不敏感或没有反应，如图5所示。这一发现曾轰动了神经科学界，因为当时普遍认为要辨别空间上一个特定的方位一定需要经过非常复杂的神经过程，然而这在最低级的视觉皮层细胞上竟然轻易地实现了。具有不同的最优方位的皮层细胞组合，可以对空间上的轮廓线或形状产生强烈的反应，从而可能构成形状认知的神经基础。很长一段时期内，视觉研究者们认为这种方位选择性是视皮层独特的性质，但后来的研究表明来自皮层下的信息中已包含着视觉方位信息(由于视网膜神经节细胞的感受野并不是正圆形，而是拉长了的椭圆形的)，虽然外膝体和视网膜细胞的方位选择性强度要弱得多，但可能对皮层细胞强烈的方位选择性的产生至关重要，因为前者是由遗传决定的，而后者既决定于遗传，但更大程度上决定于出生后的视觉环境。

图5 视觉皮层细胞对光棒刺激方位的高度选择性反应，该细胞仅对垂直方位有强烈神经脉冲放电反应，刺激方位稍有变化反应即剧减，直到消失[2]

视皮层细胞除对空间线段的方位特别敏感外，还对颜色对比度信息进行处理。图6为一个典型的视皮层细胞最优方位为水平方位的、颜色颉颃型感受野对各种红/绿色条的反应。

初级视皮层细胞是大脑中能够同时接受双眼信息的第一级细胞，而外膝体神经元只能够接受单侧眼的信息。由于双眼信息会聚到单个视皮层细胞，故其既可以对单眼刺激产生反应，又可以对双眼同时刺激产生更大的反应；但对大多数初级视觉皮层细胞来说，左、右眼的输入对该细胞的贡献是不同的，总有一个眼的输入比另一侧眼的贡献要大一些，贡献较大的眼称作优势眼，这种现象称为眼优势。

图6 一个颜色颉颃的视皮层细胞的感受野对各种颜色刺激的反应(其最优方位为水平方位，其中心区对红色条刺激的反应为on-反应，对绿色条为off-反应；对感受野双侧红条反应为off-反应，对双侧绿条为on-反应；对中心红条加双侧绿条反应为最强的on-反应，而对中心绿条加双侧红条为最强的off-反应)[1-2]

3.2 视觉皮层功能柱结构[1-3]

单个神经元的感受野研究固然能够使科学家精细地研究脑的基本单元是如何工作的，但大脑是个拥有1000亿个神经元的高度复杂的体系，因此必须研究这些神经元是如何在三维空间里组织起来并行使其功能的。Hubel和Wiesel系统地研究了视皮层细胞的功能组织(functional organization)，发现具有相同最优方位的皮层细胞以一种非常规则的方式，在从皮层表面到下边的白质之间2 mm的灰质内排列成柱状，称作方位功能柱。相邻的方位功能柱的细胞最优方位逐渐地变化，最优方位在水平方向上每1 mm距离就变化180°。有趣的是，他们还发现优势眼相同的皮层细胞也组成了左、右眼优势功能柱，在视皮层表面规则地交替排列，一对眼优势柱的宽度也是1 mm左右。这样，在1 mm2视皮层表面上就有一个完整的0～180°全套方位功能柱和左右眼优势柱，共同处理视网膜上某个位置的视觉信息(图7)。后来，用细胞色素氧化酶染色方法，在猴视皮层中显示出柱状的斑块(blob)(图7(b)， 图8)，发现斑块内细胞主要对物体颜色敏感，对形状信息不敏感。众多科学家的后续研究发现，视皮层中还有空间频率柱、运动方向柱、颜色板块柱等功能柱结构，而且在听觉皮层和体感皮层也有的类似功能柱结构，表明大脑皮层中细胞按相似功能特性排列组成的功能柱结构，是各种感觉皮层中普遍的功能组织形式。

图7 视觉皮层的方位功能柱和眼优势柱结构示意图：(a)早期的模型； (b)后来改进了的模型中加入了柱状的颜色板块柱[1-2]

皮层功能柱内部，皮层第4层细胞接受外膝体的输入，再投射到2、3层的细胞组成的网络进行处理，进而发送到更高级的视觉皮层。关于功能柱之间的联系，神经解剖学发现，在视皮层内的椎体细胞的轴突在第2、3层发出水平走向的分支可以长达8 mm之遥，这些水平轴突上的周期性镞状小分支将相同最优方位的功能柱联系起来，形成交互信息传递，组成功能柱之间互相同步化激励的神经网络。

4 背(顶叶)侧和腹侧(下颞叶)皮层的视觉信息流(stream)[1]

现已知道在猴和人的大脑皮层中，有30个以上的皮层区域与视觉信息处理密切相关。这些众多的皮层区域如何共同协作，将视网膜像转化为人们的视觉认知和行为的？科学家们为此进行了半个世纪以上的努力，至今仍在不懈地努力。一个重要的进展是，发现视觉皮层总体上是按照大细胞的背侧和小细胞的腹侧皮层的两个视觉信息流(stream)向前额叶方向投射：背侧信息流前往顶叶，主管运动和位置信息处理，信息的处理和传导快；腹侧前往下颞叶，则主管形状和颜色信息处理，信息的处理和传导慢。如图8所示，视觉皮层V5(又称MT)区和V4区就成为这两条视觉皮层信息流的大门，其后的皮层区域就大体上按背侧和腹侧皮层的两个视觉信息流往前投射，以既平行又串行的复杂神经通路，将30多个皮层区域交互地联系起来进行工作。它们高端的输出将发送到前额叶皮层、海马皮层和杏仁核等与认知、意识、记忆和情绪等有关的结构，形成人类高级神经活动的神经基础。

图8 背(顶叶)侧和腹侧(颞叶)皮层区域的视觉信息流对形状、颜色、运动和深度信息在猴V1和V2区内的分离处理[1-2]。(a)猴脑的侧视、冠状和水平切面示意图；(b)大细胞和小细胞系统分别形成背侧和腹侧信息流(粗实线表示强通路，虚线表示弱通路。注意：这里的连接通路都是往返的双向交互投射，既有前馈的又有反馈的。V1～V5表示视觉皮层区1至区5)

5 视觉皮层间的反馈调控[1,5]

在视觉系统中，从外膝体开始，几乎所有的脑结构之间都是经由轴突的交互投射进行双向联系的。因此，一个神经元除了与同一结构内的兴奋性和抑制性神经元组成局部网络外，既要接受下级结构传入的信号，又要接受高级结构下行的调控信号，有时还要接受同级结构传来的信号。过去，对视觉系统的前馈通路研究已有相当深入的研究，相对而言对反馈通路的研究较少，近年来才引起越来越多的科学家的兴趣。

现已知道初级视觉皮层对外膝体神经元的反馈作用，增强了外膝体神经元感受野的中心-周边区相互作用，大大地提高了中心与周边区之间的方位差敏感性、运动方向差敏感性以及时间相位差敏感性。这种反馈还有利于感受野处于同一条直线上的外膝体神经元产生同步化反应。有趣的是，初级视皮层反馈作用竟然能够使外膝体神经元对视觉刺激的反应(放电)模式，从一种持续型转变成另一种瞬变型，或者反向地转变。持续型反应被认为是更利于代表对原始视觉信息的检测，而瞬变型反应则更利于对新异刺激的检测。

宏观地说，视觉皮层区域之间的反馈作用，一般都是经由神经递质谷氨酸介导的兴奋性作用；但由于靶区皮层内的局部网络中约有1/5的神经元是抑制性的中间神经元，因此反馈对具体某个神经元的作用就比较复杂。

有一种心理学上的“倾斜效应”，即人和动物对垂直和水平方位的判断力比对倾斜方位明显更强的现象。基于大量的研究结果，众多科学家以初级视皮层中有更多细胞的最优方位为垂直和水平方位来解释“倾斜效应”，但是这种比倾斜方位细胞数只多出7%，并不足以引起明显的心理学“倾斜效应”。我们在猫的更高级视皮层21a区(相当于猴和人的V4区)用内源性光学成像方法发现，其最优方位为垂直和水平方位的细胞数比倾斜方位的细胞数多23%，即高级皮层21a区具有产生心理学“倾斜效应”所必需的神经基础。特别有意思的是，当我们微量注射兴奋性递质谷氨酸到21a区，增强其对初级视觉皮层的反馈强度时，初级视皮层最优方位为垂直和水平方位的细胞数也明显得到提高，即神经“倾斜效应”得以加强(图9(f))；而微量注射抑制性递质GABA到21a区，减小其反馈强度，则初级视觉皮层的神经“倾斜效应”几乎消失(图9(g))。

图9 高级视皮层21a区反馈对初级视皮层的神经“倾斜效应”的调制[5]。(a)～(d)分别显示初级视皮层处于正常、21a区反馈加强时、反馈削弱时和恢复正常时的方位功能柱分布图，由内源信号脑功能光学成像方法显示，不同颜色代表所在部位细胞的不同最优方位。(e)～(h)为从(a)～(d)中统计出的初级视皮层方位功能柱内细胞的最优方位分布图。(e)和(h)显示较弱的峰值处于90°、0°和180°；(f)显示谷氨酸增强的21a区反馈明显加强了初级视皮层的“倾斜效应”；(g)显示GABA减轻的反馈使得“倾斜效应”几乎消失。(i)显示增强的21a区反馈使得一些倾斜最优方位柱(负值)转变为垂直和水平方位柱(正值)；(j)显示减弱反馈使得垂直和水平方位柱(负值)转变为倾斜方位柱(正值)。(k)显示光学成像所记录的初级视皮层(17区)表面图

有证据表明，与情绪有关的杏仁核对初级皮层的反馈投射可以调节初级视皮层的视觉信息处理功能，快速传导的视觉背侧通路皮层区还会对慢速的腹侧皮层区的功能产生调制作用。

6 人脑如何认知视觉世界

人大脑中几十个皮层区域前后、左右地交互联系成极其复杂的立体网络，共同工作产生了我们的视觉认知。大脑是使用什么策略来实现认知世界的呢？

曾经有过一种看法，认为视觉皮层一级又一级由低级向高级皮层区会聚性地投射，其感受野也就越来越大，最终在某个高级皮层区的某些细胞可能产生对特定物体有选择性的反应，而另一些细胞则对另一物体有选择性反应，这样外界世界的所有物体都可以由特定的细胞群体来检测。(事实上，在猴的下颞叶视皮层，的确发现过所谓“面部识别”细胞，但这类细胞，只能够对与面部形状相似的图形有强烈的反应，并不能分辨猴脸还是人脸，更不能分辨哪个人的脸。)但是，视觉皮层神经元数量虽然巨大但也是有限的，瞬变的视觉世界和人类的认知能力却是无限的，不可能靠有限的神经元群体的数量来实现对视觉世界的无限的认知。

英国科学家Zeki[1,4]提出了一个视觉皮层多级同步整合作用的假说，认为这种整合不是以部位上的会聚为主，而是一种多级脑区的同步整合，即在若干个不同水平上的相互作用来实现的“共鸣”效应。他认为多级同步整合作用包括三个时间上不一定连续的过程：①逐级地放大视觉感受野，在整个视野内收集信息；②与前一过程同步产生更加复杂和特殊的感受野性质；③将代表不同视觉功能的各个视皮层区的信息统一在一起，但并不要求信号都走到同一个皮层区来，而可能是空间上分离的，时间上却是同步的。这如同一台钢琴有几十个键，但音乐家可以把不同时刻的动作组合，弹出任何一种风格的乐曲来。

支持多级同步整合作用的证据很多。例如：司色觉的V4和司运动的V5都投射到颞叶皮层，但它们在额叶根本就不存在直接的重叠；顶叶和颞叶皮层均投射到额叶皮层，但在额叶皮层内各有各的领地，空间上很少重叠；在额叶皮层内，与水平方向平滑眼动相关的细胞和与垂直方向平滑眼动相关的细胞各自分离成团，而且这两类细胞中后者集中在联系双侧额叶胼胝体通路上，而前者则处于没有胼胝体纤维的脑区。临床病例也支持视皮层功能分离的现象，如皮层区损伤造成一些病人失去了对熟人面目的认知，但还是能够认知所见的是人脸，说明脑内认知熟人面目和认识面孔的解剖和生理学基础可能是不同的。

Zeki认为大脑可能使用更加巧妙的策略来统一不同性质的视觉信息，在不同水平上相互作用来多级地处理复杂的信息，达到感知多彩的视觉世界。他特别强调，更高级视觉皮层(往往有更为特异的选择性)向V1和V2区的反馈“再进入”信息，对于某些概念的形成具有重要作用。如前所说，V1和V2的各个亚层和亚区内细胞分工比较明确，而从高级皮层返回到V1和V2区的投射则是弥散地分布到整个初级视觉皮层区域，从而将特化分工的高级视皮层内处理的形状、颜色和运动信息在低级皮层内联系和整合起来。

梦是完全由中枢神经系统产生的视觉图像，无论闭眼还是睁眼均可以产生。做梦时人的视觉是正常的，梦是正常视觉经验中推演出来的，梦中很难看到身首分离的图像，也看不到一个物体的各个部分朝相反方向运动的图像……梦中的图像基本保持了物体拓扑学的完整性。Zeki认为，若干视区相互作用产生的同步化作用参与了梦的形成。做梦时和正常时一样，物象保持其拓扑图形关系不变，提示梦中的图形不管其在脑内何处产生，都必须再度进入拓扑图形学高度精确的V1、V2区。正电子发射断层扫描术(PET)的实验证明，做梦时不仅高级视皮层而且初级视觉皮层V1以及V2区的脑血流大为增强，支持“再进入”的整合理论。

德国科学家Singer系统地研究了几个视觉皮层单细胞放电活动之间的相关性，他同时记录了初级视觉皮层同一个功能柱内的两个细胞之间、不同皮层区域的两个细胞、乃至大脑两半球的对应区域内的两个细胞之间，对相同运动方向的视觉刺激的反应存在着同步化关系，观察到视觉特征整合在时间上是同步的，支持Zeki的视觉皮层多级同步整合作用理论[1]。当然，要彻底证明Zeki的理论，还有大量的工作要做。了解脑是如何认知视觉世界的，科学家们仍有很长的路要走。

(2014年12月7日收稿)■

[1] 寿天德. 视觉信息处理的脑机制[M]. 合肥: 中国科学技术大学出版社, 2010.

[2] 寿天德. 神经生物学[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社, 2013.

[3] HUBEL D H. Eye, brain, and vision, Scientific library [M]. New York: W. H. Freeman and Company, 1988.

[4] ZEKI S M. A vision of the brain [M]. Oxford: Blackwell Scientific Publisher, 1993.

[5] LIANG Z, SHEN W, SHOU T. Enhancement of oblique effect in the cat’s primary visual cortex via orientation preference shifting induced by excitatory feedback from higher-order cortical area 21a [J]. Neuroscience, 2007, 145(1): 377-383.

(编辑：沈美芳)

自然信息

美癌症基因组图谱计划完成

美国一项从遗传学角度描述1万个肿瘤的庞大计划日前正式落下帷幕。作为在2006年开始的一个斥资1亿美元的试点项目，癌症基因组图谱(TCGA)如今是国际癌症基因组联盟中最大的组成部分，该联盟由来自16个国家的科学家组成，已经发现了近1000万个与癌症相关的基因突变。

现在的问题是下一步该怎么做。一些研究人员希望能够继续专注于测序；其他人则希望扩充他们的工作，从而探索已经被查明的基因突变如何对癌症的形成与发展产生影响。

这一项目最初并不顺利。当时的测序技术只能针对被迅速冷冻的新鲜组织。然而大多数临床活组织检查被固定在石蜡中并且被病理学家所染色。马里兰州贝塞斯达市国家癌症研究所(NCI)癌症基因组办公室主任Louis Staudt指出，找到并支付新鲜组织样本的费用成为项目最大的开支。

还有一个问题便是数据的复杂性。尽管一些突变可能对癌症的发展作出贡献，但伴随着肿瘤之间较少的共性，大多数突变形成了令人眼花缭乱的遗传异常大杂烩。针对特定突变的药物测试往往很快就会出现另一个问题：癌症通常会迅速产生抗药性，这一般是利用激活不同的基因从而绕开被治疗阻断的细胞进程实现的。

马里兰州巴尔的摩市约翰斯·霍普金斯大学癌症遗传学家Bert Vogelstein指出，尽管存在这些困难，但几乎癌症研究的方方面面都受益于TCGA。研究人员利用相关数据已经提出了对肿瘤进行分类的新方法，并发现了以前未被认识的药物靶点和致癌物质。但一些研究人员认为测序结果仍然能够提供更多的信息。2014年 1月，一项对21种癌症的基因突变数据进行的统计学分析显示，研究人员从测序结果中仍然有可能发现在临床上有用的突变。

2014年12月2日，Staudt宣布，一旦TCGA完成，NCI将集中精力对3种癌症——卵巢癌、结直肠癌和肺癌——展开测序工作。该机构随后将评估这项额外工作的成果，从而决定是否要将更多的癌症加入到测序大军中。

但是这一次，相关研究将能够把病人的健康状况、治疗历史和对治疗的反应等详细的临床信息整合在一起。这是因为研究人员如今已经能够使用由石蜡包埋的样本，他们可以从过去的临床试验中挖掘数据，同时研究基因突变如何影响病人的预后以及对治疗的反应。

[关 毅 编译]

Neuronal basis of vision

SHOU Tian-de
School of Life Sciences, Fudan University, Shanghai 200433, China

Visual system is the most important sensory channel through which humans receive information from the outside world. In the brief review, the important achievements of visual neuronal mechanisms by neuroscientists for tens of years are introduced from single neuron to system level, in order to provide readers a clear and overall understanding of neuronal mechanisms of vision.

vision, brain, retina, lateral geniculate nucleus, visual cortex, synchronization

10.3969/j.issn.0253-9608.2015.01.003

†通信作者，E-mail：tdshou2014@163.com