Fundacja Praca Moc Energia
CZŁOWIEK I BIOSFERA

Teraz albo nigdy: w ciągu 100 milisekund zdarzenie wzrokowe musi dotrzeć do określonego miejsca w mózgu, inaczej pozostanie niezauważone

blank

Badanie z udziałem myszy ujawnia kluczowe informacje dotyczące przetwarzania wzrokowego.

Naukowcy z Narodowego Instytutu Oka (National Eye Institute – NEI) wyznaczyli zasadnicze okno czasowe, którego myszy potrzebują do zarejestrowania zdarzeń wzrokowych. Ponieważ mózg przetwarza informacje wzrokowe, obszar zachowany w procesie ewolucji zwany wzgórkiem górnym blaszki czworaczej powiadamia inne rejony, że miało miejsce jakieś zdarzenie wzrokowe. Zahamowanie pracy tego obszaru w trakcie okna czasowego, które trwało 100 milisekund u myszy spowodowało, że nie uchwyciły danego zdarzenia. Zrozumienie wczesnych etapów przetwarzania wzrokowego mogłoby mieć wpływ na schorzenia związane z percepcją i uwagą wzrokową, takich jak schizofrenia i zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD).  Badanie zostało opublikowane na stronie internetowej czasopisma „Journal of Neuroscience”. Narodowy Instytut Oka (National Eye Institute – NEI) jest częścią Narodowych Instytutów Zdrowia (National Institues of Health – NIH).

Jednym z najważniejszych aspektów wzroku jest szybkie wykrywanie ważnych zdarzeń, takich jak zagrożenie lub możliwość uzyskania nagrody.

dr Richard Krauzlis

Nasze wyniki pokazują, że to zależy od przetwarzania wzrokowego zachodzącego w śródmózgowiu, a nie tylko w korze wzrokowej – powiedział dr Richard Krauzlis, kierownik Sekcji Ruchu Oka i Selekcji Wzrokowej (Section on Eye Movements and Visual Selection) w Narodowym Instytucie Oka, ostatni autor badania.

Percepcja wzrokowa oznacza zdolność człowieka do rozpoznania, że coś zobaczył, i zależy od współpracy między mózgiem a okiem. Sygnały generowane w siatkówce oka są przesyłane do mózgu za pomocą włókien nerwowych zwoju siatkówki. U myszy 85% komórek zwoju siatkówki łączy się ze wzgórkiem górnym blaszki czworaczej. Wzgórek górny blaszki czworaczej odpowiada za większość wczesnego przetwarzania wzrokowego. Odpowiada on za większość wczesnego przetwarzania wzrokowego. U ssaków naczelnych kora wzrokowa jest bardzo złożona i przejmuje na siebie większą część przetwarzania wzrokowego. Jednakże 10% komórek zwoju siatkówki nadal łączy się ze wzgórkiem górnym. Komórki te kontrolują podstawowe, lecz niezbędne, zadania związane z percepcją.

Jedno z takich zadań polega na wykryciu, że zdarzenie wzrokowe miało miejsce. Wzgórek górny pobiera informacje z siatkówki i kory mózgowej. Gdy pojawią się wystarczające dowody na to, że zdarzenie miało miejsce w polu widzenia, neurony zapalają się we wzgórku górnym. Istotą tradycyjnych eksperymentów w zakresie podejmowania decyzji percepcyjnych jest to, że podmiot, np. osoba lub małpa, patrzy na zdjęcie przedstawiające pionowe linie (zestaw czarno-białych, rozmazanych linii w pozycji pionowej) i decyduje, czy lub kiedy linie lekko się obracają. W 2018 roku dr Krauzlis i dr Wang zastosowali te metody na myszach, czym otworzyli pole do dalszych badań.

Musimy być ostrożni, kiedy dane uzyskane z badań na myszach chcemy odnieść do człowieka, gdyż układy wzrokowe myszy i ludzi różnią się. Jednak myszy posiadają wiele podstawowych mechanizmów uwagi wzrokowej i wykrywania zdarzeń, które występują także u ludzi. Narzędzia genetyczne dostępne dla myszy pozwalają nam badać, w jaki sposób określone geny i neurony uczestniczą w kontrolowaniu percepcji – mówił dr Lupeng Wang, pierwszy autor badania.

W trakcie badania dr Wang i jego współpracownicy zastosowali technikę zwaną optogenetyką, aby przez określony czas móc ściśle kontrolować aktywność wzgórka górnego blaszki czworaczej. Wykorzystano myszy zmodyfikowane genetycznie, żeby za pomocą wiązki światła włączyć lub wyłączyć neurony znajdujące się we wzgórku górnym. Taki „przełącznik” mógłby być precyzyjnie zsynchronizowany, dzięki czemu badacze mogliby dokładnie określić, kiedy neurony we wzgórku są potrzebne do wykrycia zdarzeń wzrokowych. Nauczono myszy, żeby polizały rurkę, gdy tylko zobaczą zdarzenie wzrokowe (obrót wewnątrz linii pionowych). Miały unikać tej czynności, gdy żadne zdarzenie nie miało miejsca.

Zahamowanie komórek wzgórka górnego sprawiło, że myszy rzadziej „zgłaszały” jakieś zdarzenie, a kiedy to robiły, podjęcie decyzji zajmowało więcej czasu. Zahamowanie musiało nastąpić w ciągu przerwy trwającej 100 milisekund (tj. 0,1 s) po zdarzeniu wzrokowym. Jeśli występowało po tej przerwie,

w większości nie wpływało na decyzje myszy. Zależało od strony mózgu: komórki siatkówki krzyżują się i łączą ze wzgórkiem górnym po przeciwnej stronie głowy (lewe oko jest połączone z prawym wzgórkiem i odwrotnie). W związku z tym zahamowało prawą stronę wzgórka górnego i osłabiło odpowiedzi na bodźce tylko po lewej stronie. – Tak perfekcyjnie zsynchronizowane blokowanie transmisji sygnałów jest jedną z wielkich zalet stosowania optogenetyki u myszy i dokładnie pokazuje, w którym momencie ważne sygnały przechodzą przez obwód – powiedział dr Wang.

Co ciekawe badacze odkryli, że braki zahamowania we wzgórku górnym były znacznie wyraźniejsze, kiedy zmuszono myszy do ignorowania wszystkiego, co działo się w innych częściach ich pola widzenia. W gruncie rzeczy bez aktywności wzgórka górnego, myszy nie były w stanie ignorować rozpraszających zdarzeń wzrokowych. Ta zdolność do ignorowania zdarzeń wzrokowych, zwana uwagą wzrokową, jest bardzo ważna podczas poruszania się w bardzo złożonych środowiskach świata rzeczywistego.

Wzgórek górny bardzo dobrze nadaje się do badania tych funkcji, ponieważ ma świetnie zorganizowaną mapę świata wizualnego. Ponadto jest związany z obszarami, które są mniej uporządkowane. Należą do nich jądra podstawne, będące bezpośrednio związane z dużą liczbą zaburzeń neuropsychiatrycznych występujących u ludzi – dodał dr Krauzlis. – To tak jakby trzymać za rękę przyjaciela, gdy idziemy w nieznane.

Źródło: “A causal role for mouse superior colliculus in visual perceptual decision-making” (The Journal of Neuroscience)

Przeczytaj także

Świat widziany oczami delfina

Anna Śnieżyńska

Magiczne grzyby a ekspansja umysłu

Anna Śnieżyńska

Czerwony, niebieski, żółty – oto jak mózg kategoryzuje kolory

Anna Śnieżyńska

Dziadek do orzechów a mózg dziecka

Alan O. Grinde

Zdrowy sen, a lepsza pamięć

Alan O. Grinde

Obrazy połączeń mózgowych ukazują poziom inteligencji

Alan O. Grinde