Cei opt ochi: dezvăluirea vederii caracatiței folosind hărți neuronale

rezumat: Cercetătorii au cartografiat activitatea neuronală din sistemul vizual al caracatiței, dezvăluind asemănări izbitoare cu oamenii.

Echipa a observat răspunsuri neuronale la punctele luminoase și întunecate, cartografiind astfel ceea ce seamănă cu organizarea creierului uman. Interesant este că caracatițele și oamenii au împărtășit ultimul strămoș comun în urmă cu aproximativ 500 de milioane de ani, sugerând o evoluție independentă a unor astfel de sisteme vizuale complexe.

Aceste descoperiri contribuie semnificativ la înțelegerea noastră a vederii cefalopodelor și a structurii creierului.

Fapte cheie:

1. Aproximativ 70% din creierul unei caracatițe este dedicat vederii. Această cercetare este prima de acest fel care cartografiază activitatea neuronală în sistemul lor vizual, oferind perspective asupra modului în care aceste creaturi marine își percep lumea.
2. În ciuda faptului că aveau un strămoș comun acum 500 de milioane de ani, caracatițele și oamenii au dezvoltat hărți neuronale similare pentru percepția vizuală.
3. Studiul a descoperit că neuronii de caracatiță răspund puternic la punctele mici de lumină și la punctele întunecate mari, care diferă de sistemul vizual uman. Acest lucru se datorează probabil particularităților mediului subacvatic.

sursă: Universitatea din Oregon

O caracatiță își dedică aproximativ 70% din creier vederii. Dar până de curând, oamenii de știință aveau doar o înțelegere vagă a modului în care aceste animale marine își văd lumea subacvatică. Un nou studiu de la Universitatea din Oregon aruncă lumină asupra punctului de vedere al caracatiței.

Pentru prima dată, neurologii au înregistrat activitatea neuronală din sistemul vizual al caracatiței. Ei au creat o hartă a câmpului vizual al caracatiței prin observarea directă a activității neuronale din creierul animalului, ca răspuns la petele luminoase și întunecate din diferite locații.

Această hartă a activității neuronale din sistemul vizual al caracatiței este foarte asemănătoare cu ceea ce vedem într-un creier uman – chiar dacă caracatițele și oamenii au împărtășit un strămoș comun în urmă cu aproximativ 500 de milioane de ani, caracatițele și-au evoluat sistemele nervoase complexe în mod independent.

Neuroscientul Christopher Neale și echipa sa își raportează descoperirile într-o lucrare publicată pe 20 iunie în jurnalul de neuroștiință Christopher Neale. Biologie actuală.

„Nimeni nu a mai fost înregistrat până acum din sistemul vizual central al unui cefalopod”, a spus Neal. Caracatițele și alte cefalopode nu sunt de obicei folosite ca modele pentru înțelegerea vederii, dar echipa lui Neal este intrigata de creierul lor neobișnuit.

Într-o lucrare conexă publicată anul trecut în Biologie actualăLaboratorul a identificat diferite clase de neuroni în lobul optic al caracatiței, o parte a creierului dedicată vederii. „Împreună, aceste lucrări oferă o bază bună, arătând diferitele tipuri de neuroni și la ce răspund ei – două aspecte cheie pe care vrem să le cunoaștem pentru a începe să înțelegem un nou sistem vizual”, a spus Neal.

În noul studiu, cercetătorii au măsurat modul în care neuronii din sistemul vizual al caracatiței răspund la punctele întunecate și luminoase care se mișcă pe un ecran. Folosind microscopia fluorescentă, cercetătorii pot urmări activitatea neuronilor pe măsură ce răspund, pentru a vedea cum neuronii reacţionează diferit, în funcţie de locul în care apar petele.

„Am putut vedea că fiecare loc din lobul optic a răspuns la o singură locație de pe ecran în fața animalului”, a spus Neal. „Dacă ne mutăm undeva, răspunsul se mișcă în creier”.

Acest tip de hărți individuale se găsesc în creierul uman pentru mai multe simțuri, cum ar fi vederea și atingerea. Oamenii în neuroștiință au legat locația anumitor senzații de anumite puncte din creier.

O reprezentare binecunoscută a atingerii este homunculus, o figură umană de desene animate în care părțile corpului sunt desenate proporțional cu cantitatea de spațiu din creier dedicat procesării inputului senzorial acolo.

Petele foarte sensibile, cum ar fi degetele de la mâini și de la picioare, par uriașe, deoarece există o mulțime de aport al creierului din aceste părți ale corpului, în timp ce zonele mai puțin sensibile sunt mult mai mici.

Dar găsirea unei legături ordonate între scena vizuală și creierul caracatiței a fost departe de a fi cazul. Este o inovație evolutivă destul de complexă, iar unele animale precum reptilele nu au acest tip de hartă. De asemenea, studiile anterioare au indicat că caracatițele nu au o hartă asemănătoare unui homunculus a diferitelor părți ale corpului lor.

„Speram că harta vizuală era acolo, dar nimeni nu a observat-o înainte”, a spus Neal.

Cercetătorii au remarcat, de asemenea, că neuronii din caracatiță au răspuns deosebit de puternic la punctele mici de lumină și la punctele întunecate mari – o diferență marcată față de sistemul vizual uman. Echipa lui Neal emite ipoteza că acest lucru se poate datora unor caracteristici specifice ale mediului subacvatic pe care trebuie să le navigheze caracatițele. Prădătorii care se profilează pot apărea ca umbre întunecate mari, în timp ce obiectele din apropiere, cum ar fi mâncarea, pot apărea ca pete mici luminoase.

În continuare, cercetătorii speră să înțeleagă modul în care creierul caracatiței răspunde la imagini mai complexe, cum ar fi cele aflate deja în mediul lor natural. Scopul lor final este să urmărească calea acestor intrări vizuale mai adânc în creierul caracatiței, pentru a înțelege modul în care caracatița vede și interacționează cu lumea sa.

Despre această cercetare în Visual Neuroscience News

autor: Molly Blancett
sursă: Universitatea din Oregon
comunicare: Molly Blancett – Universitatea din Oregon
imagine: Imagine creditată pentru Neuroscience News

Căutare originală: acces deschis.
„Reglarea funcțională a răspunsurilor vizuale în lobul optic al unei caracatițeScris de Christopher Neal, et al. Biologie actuală

un rezumat

Reglarea funcțională a răspunsurilor vizuale în lobul optic al unei caracatițe

Repere

• Organizarea funcțională a sistemului vizual al cefalopodelor este în mare parte necunoscută
• Folosind imagistica cu calciu, am cartografit răspunsurile vizuale în lobul optic al caracatiței
• Am identificat câmpuri receptive localizate spațial cu organizare retiniană
• Căile de pornire și oprire au fost distincte și au avut proprietăți unice de selecție a dimensiunii

rezumat

Cefalopodele sunt animale foarte vizuale, cu ochi de tip cameră, creier mare și un repertoriu bogat de comportamente direcționate vizual. Cu toate acestea, creierul cefalopodelor a evoluat independent de creierul altor specii cu vedere ridicată, cum ar fi vertebratele. Prin urmare, circuitele neuronale care procesează informațiile senzoriale sunt foarte diferite.

Nu se știe în mare măsură cum funcționează sistemul lor vizual unic de puternic, deoarece nu au existat măsurători neurologice directe ale răspunsurilor vizuale în creierul cefalopodului.

În acest studiu, am folosit imagistica cu doi fotoni de calciu pentru a înregistra răspunsurile evocate vizual în centrul de procesare vizuală primară al creierului central al caracatiței, lobul optic, pentru a determina modul în care sunt reprezentate și organizate caracteristicile de bază ale scenei vizuale.

Am găsit domenii receptive localizate spațial de stimuli de lumină (ON) și întuneric (OFF), care au fost organizate retinian de-a lungul lobului optic, demonstrând semnul distinctiv al organizării sistemului vizual comun la multe specii.

Examinarea acestor răspunsuri a evidențiat schimbări în reprezentarea vizuală de-a lungul straturilor lobului vizual, inclusiv apariția căii OFF și creșterea selectivității dimensiunii.

De asemenea, am identificat asimetrii în procesarea spațială a stimulilor pornit și oprit, care sugerează mecanisme de circuit unice pentru procesarea modelului care ar fi putut evolua pentru a se potrivi cerințelor specifice de procesare a unei scene vizuale subacvatice.

Acest studiu oferă informații despre procesarea neuronală și organizarea funcțională a sistemului vizual de caracatiță, evidențiind atât aspectele comune, cât și unice, și pune bazele pentru studiile viitoare ale circuitelor neuronale care mediază procesarea vizuală și comportamentul la cefalopode.