以往的研究表明，面对竞争性视觉刺激时，动物通常会从多个竞争刺激中针对一个对象做出行为反应，或者综合所有刺激做出反应，也就是“赢家通吃策略”和“平均策略”。其中，赢家通吃策略（Winner-take-all，WTA）指的是动物对单一目标做出反应而不考虑其他目标，被认为在自下而上、刺激驱动的注意过程中至关重要；与之相对的平均策略（Averaging），则会在整合了多个相互竞争的感官刺激后做出反应。但在2021年的《Neuron》杂志上，德国马普所的Herwig Baier实验室通过幼年斑马鱼这一模式生物，解析了视觉竞争背后的神经机制。Baier实验室之所以选择将幼年斑马鱼作为研究对象，是因为幼年斑马鱼有小而透明的大脑，可以进行活体全脑成像，并且还有丰富的行为，优势显著。

为了更好地定量分析，作者在实验过程中使用膨胀的阴影刺激（Looming）来模拟捕食者的靠近。他们发现，斑马鱼在面对刺激时，会混合地使用WTA和Averaging策略，前者约占80%，后者约占20%（图一）。

图一

在行为学上发现了如此明显的差异后，作者又利用全脑钙成像技术研究刺激选择的神经机制。作者推测，执行WTA策略，至少需要两种类型的神经元，一种是“和其中一个刺激强度反应一致”的神经元，另一种是“活动被另一个更强的刺激抑制”的神经元。

为了区分这两类神经元的位置和功能，作者设计了一个单眼刺激的行为范式，即保持刺激1（stimulus 1, S1）的膨胀速度不变，而让S2（stimulus 2, S2）的膨胀速度由弱变强。全脑钙成像的结果显示，在视网膜神经节细胞（retinal gangalia cell, RGC）的轴突和顶盖（tectal neuron）神经元上都记录到了预期的两种信号，第一类信号（绿色）随着S2的增强而增强，第二类信号（紫色）随着S2的增强而受到抑制。经过统计，作者还发现在顶盖神经元中信号发生改变的速率更快。（图二）

图二

我们知道，RGC是顶盖的上游。作者想进一步确认顶盖神经元对RGC是否有逆向调控，因此对顶盖神经元进行了损毁，结果发现RGC轴突的信号并没有受到影响；这说明RGC轴突的反应不需要顶盖神经元进行逆向调节。也就是说，这种信号先在RGC轴突出现，并且在顶盖神经元进一步增强。（图三）

图三

既然视网膜-顶盖的WTA是用于刺激选择的通用机制，那问题来了：这一WTA策略是如何影响下游神经环路的呢？

事实上，科学家们早就发现，鸟类的NI核团参与视网膜对双眼竞争（binocular competing）的反应。于是，作者很自然地关注了NI核团的动力学性质。不出所料，NI神经元的变化与顶盖神经元十分相似。（图四）

图四

为了进一步明确NI神经元的组成，作者使用了一些对神经递质特异的Gal4转基因鱼系，并了解到NI核团是由抑制性的GABA能神经元和兴奋性的谷氨酸能神经元组成。(图五)

图五

为了探究某一核团对行为学的作用，生物学家通常会进行两方面的检验：功能获得性实验（gain-of-function）和功能缺失性实验（loss-of-function）。在神经科学领域中，功能获得性实验一般包括光遗传激活或化学遗传激活实验，而功能缺失性实验一般是指光遗传抑制、化学遗传抑制或损毁实验。

为了验证NI神经元对行为的影响，作者首先进行了功能获得性实验。他们期望改变NI神经元的活性，然后观察游泳行为的变化，于是，作者就在NI神经元中表达了光敏感抑制性蛋白GtACR2和光敏感激活蛋白ChR2，随后在looming刺激出现时抑制NI神经元的活性。结果表明，幼鱼的C-start逃跑行为的数目大大降低，而光遗传激活NI神经元则会直接减少游泳行为。这充分地说明了NI神经元会影响幼鱼的行为。（图六）

图六

既然存在行为学上的效应，那NI是否存在对顶盖神经元的投射？为了探究NI与顶盖之间的神经环路，作者又对NI中的兴奋性神经元进行了光遗传激活，并观察顶盖神经元的活性变化。结果显示，顶盖神经元的反应与受视觉刺激引发的反应很类似：既存在单侧顶盖神经元的反应（与WTA策略类似），也存在双侧顶盖的反应（与averaging策略类似）。不仅如此，在呈现looming刺激时，作者光遗传激活了NI中的8-10个细胞，发现NI和顶盖神经元的活性获得了不同程度的调节。这些都说明NI会调节顶盖神经元对looming刺激的反应。(图七)

图七

为了进一步验证NI与顶盖之间神经环路的必要性，作者接着开展了功能缺失性实验。他们发现，双光损毁特定的NI神经元会破坏鱼对单边looming刺激的反应，损毁任意一侧的GABA能神经元都会降低顶盖对looming的反应，而损毁任意一侧的Lhx9+神经元都会增强顶盖对looming的反应；这与之前的结论一致说明了NI与顶盖之间存在神经环路的连接。(图八)

图八