你的眼睛在午夜和正午看世界的方式不同，你的大脑也是如此。曼彻斯特大学研究人员的一项新预印本表明，大脑内部的昼夜节律时钟会主动重新连接视觉系统内部的通信方式，为白天和夜晚调整神经代码。这项研究于7月28日发表在bioRxiv上，提供了迄今最清晰的证据，证明昼夜节律并非被动的背景过程，而是瞬息感知的主动塑造者。
这一发现来自一个出人意料的地方：背侧外膝体（dLGN），一个深埋于丘脑中的小型中继站。大多数教科书图示将dLGN视为一个简单的交换机，一个将信号从视网膜传送到初级视觉皮层的被动中继器，本身不会增添太多内容。曼彻斯特团队的数据表明，这种看法是错误的。他们利用无线电生理学技术，在清醒且自由活动的小鼠中直接记录了dLGN在整个昼夜周期中的神经活动，并发现了教科书从未预测到的情况：该核团的自发放电率按照精确的日间节律升降，在主观日间后期达到峰值，无论动物处于光照还是黑暗中。
这一基线活动的变化之所以重要，是因为自发放电是视觉信号绘制的画布。当画布本身变亮或变暗时，相同的视觉输入可能产生截然不同的神经反应。这正是研究人员所观察到的。但昼夜节律效应并非一个简单的音量旋钮。dLGN神经元的基本调谐特性（它们对方向、对比度和空间频率的敏感性）在一天中保持显著稳定。无论白天还是夜晚，这些神经元仍然偏好相同类型的视觉特征。变化的不是它们对什么做出反应，而是它们编码信息的效率。
这就是该研究第二大发现的焦点所在。曼彻斯特团队应用信息论工具，精确量化了每个动作电位在不同昼夜相位下携带的视觉信息比特数。他们发现，昼夜节律系统以情境依赖的方式重新配置视觉代码。在高对比度条件下，dLGN神经元在夜间采用了更高效的编码策略，每个尖峰携带的信息量比白天更多。在低对比度条件下，这种效率优势则消失了。
其含义十分清晰。人类和小鼠所感知的视觉世界在黎明和正午截然不同。阴影更深，边缘更柔和，对比度更低。一个以相同方式处理所有光照条件的感觉系统，往好里说是浪费能量，往坏里说是在歪曲世界。dLGN所做的似乎是将其编码策略与视觉场景的统计特征相匹配，而昼夜节律时钟则为这种匹配提供了大致的时间表。大脑不会等待光照水平变化后才调整其代码。它预见到变化，在太阳落山之前就为不同的运作条件准备好了视觉中继器。
为了确认这种效应确实是昼夜节律性的，而不仅仅是对光照或黑暗暴露的反应，研究人员进行了一项关键的控制实验。他们利用光遗传学技术抑制了视网膜膝状体传递，实际上切断了从视网膜到dLGN的输入。即使视网膜输入被阻断，自发放电的昼夜节律调制仍然持续存在。驱动这些变化的时钟位于丘脑内部，或者至少独立于传入的视觉驱动。这一发现将昼夜节律控制的位置推向了比以往认知更深的脑区，并提出了其他感觉中继站可能存在类似机制的可能性。
如果得到确认，其影响将超越视觉领域。同类型的昼夜节律重构可能在听觉丘脑、体感丘脑及其他区域运作。每个通过丘脑中继站的感觉系统都可能拥有内置的日间节律，改变其编码世界的方式。这意味着大脑的内部时钟不仅控制睡眠-觉醒周期、激素释放和新陈代谢，还主动塑造感知本身，不仅决定你是否足够清醒去看，还决定你的视觉系统实际如何处理眼前的事物。
该研究是一篇预印本，尚未经过同行评审，且发现来自小鼠而非人类。小鼠的视觉系统与人类在多个重要方面存在差异：小鼠的视力远低于人类，色觉有限，且其dLGN的组织方式与灵长类动物不同。同样的昼夜节律重构是否发生在人类丘脑中仍是一个悬而未决的问题，尽管昼夜节律时钟的基础生物学在哺乳动物中高度保守。该研究部分也属于相关性研究，虽然光遗传学实验为自发活动的昼夜节律起源提供了强有力的因果证据，但将时钟基因与dLGN神经放电联系起来的分子机制尚未被识别。
尽管如此，这是一篇能够改变一个领域对其自以为理解的结构之看法的论文。dLGN本应只是一个中继站，但事实证明它有自己的时钟，日夜不停滴答作响，悄然重写着视觉与皮层对话的语言。
来源： Pienaar A, Rodgers J, Storchi R, Allen AE. Circadian modulation of visual coding in the dorsal lateral geniculate nucleus. bioRxiv, 2026年7月28日. DOI: 10.64898/2026.07.24.740496. CC-BY 4.0. 由Wellcome Trust资助。
婷 翻译