کشف سیستم بینایی ثانویه در قشر مغز

5 (100%) 2 votes

نوروسافاری | سیستم بینایی احتمالا شناخته شده ترین بخش مغز است. در طول ۷۵ سال گذشته دانشمندان علوم اعصاب شرح مفصلی از چگونگی ورود امواج نور به چشمان شما که به شما اجازه می دهد صورت مادر بزرگتان را تشخیص دهید، یک شاهین در حال پرواز را رصد کنید و یا این جمله را بخوانید، گردآوری کرده اند.

اما یک مطالعه جدید که توسط محققان دانشگاه سانفرانسیسکو انجام شده و جنبه های بنیادین علم بینایی را به چالش می کشد، نشان می دهد که حتی بخشهایی از مغز که بیشترین مطالعه بر روی آن ها صورت گرفته نیز حاوی ناشناخته های جالب بسیاری است.

به گزارش نوروسافاری از دانشگاه سانفرانسیسکو، بر اساس مدل استاندارد پردازش بینایی همه اطلاعات بینایی جمع آوری شده توسط شبکیه ابتدا باید از کورتکس بینایی اولیه (V1) در خلف مغز عبور کنند و آنجا ویژگی های ساده ای همچون خطوط و حاشیه ها را قبل از توزیع شدن اطلاعات به نواحی بینایی سطوح بالاتر که ویژگی های پیچیده تری همچون شکل، سایه ها، حرکت و غیره را استخراج می کنند، تشخیص داده می شود.

بیشتر بخوانید:  فراتر از سرعت بینایی/محدوده سرعتی از بینایی که در آن هیچ چیز حرکت نمی کند!

کشف مسیر پردازشی جدید

این مطالعه برای اولین بار نشان می دهد که یکی از این نواحی بینایی سطوح بالاتر، که در درک اشیای در حال حرکت نقش دارد به هیچ وجه به اطلاعات کورتکس V1 وابسته نیست. به نظر می رسد این ناحیه که با عنوان post-rhinal cortex (POR) شناخته شده است اطلاعات بینایی را مستقیما از یک مرکز تکاملی قدیمی پردازش  حسی در پایه مغز به نام کولیکولوس فوقانی (superior colliculus) دریافت میکند.

نویسنده مسئول این مطالعه،  ماسیمو اسکانزیانی بیان کرد:

این کشف مانند این است که ما یک کورتکس بینایی اولیه دیگر کشف کرده ایم. این مطلب مفهوم کلی سیستم بینایی در کورتکس پستانداران را به عنوان یک سلسله مراتب کامل و V1 را به عنوان دروازه ورود، تضعیف می نماید و سوالات بسیاری را ایجاد می کند، مثلا چگونه این دو سیستم بینایی موازی تکامل یافته اند و چگونه این دو برای ایجاد یک تجربه بینایی یکدست هماهنگ می شوند.

بیشتر بخوانید:  شناسایی نقش قشر بینایی در شکل پذیری رفلکس حرکتی چشم

آنچه مغز سوسمارها درباره مغز پستانداران به ما می گویند

مرکز پردازش حسی اصلی در موجوداتی با کورتکس کوچک یا فاقد کورتکس همچون ماهی ها، دوزیستان، سوسمارها و پرندگان، کولیکولوس فوقانی باستانی است ( که در غیر پستانداران تکتوم بینایی هم نامیده می شود). این بخش به طور ویژه ای با حرکت هماهنگ شده است و با رفتارهای واکنشی مرتبط است (به توانایی یک قورباغه در شکار یک حشره در هوا بوسیله زبان یا توانایی ماهی ها در فرار از دست یک شکارچی بزرگ فکر کنید).

اگر چه superior colliculus با تکامل کورتکس در پستانداران از بین نمی رود، در پریماتها شامل انسان این بخش مرتبط با اشکال سریع و ناخودآگاه پردازش بینایی همچون پریدن با ترس هنگام دیدن یک تکه چوب که شبیه یک مار به نظر می رسد یا گرفتن  اتوماتیک توپی که به سمت صورت شما پرتاب شده، می باشد. این بخش همچنین ممکن است در هدایت توجه بینایی نقش ایفا کند ( همچون زمانی که شما منتظر چراغ راهنما هستید تا سبز شود یا در جستجوی شخصی با کلاه راه راه سفید و قرمز در یک توده جمعیت هستید)؛ اما مطالعه جدید برای اولین بار است که  نشان می دهد این سیستم تکاملی قدیمی دارای یک فضای اختصاصی در کورتکس می باشد.

بیشتر بخوانید:  قدرت ویژه بینایی نوزادان تا پنج ماهگی/تشخیص تصاویری که بزرگترها نمی‌بینند

استفاده از اپتوژنتیک

این مطالعه زمانی  به طور جدی آغاز شد که نویسنده اول، ریکاردو بلترامو، در حال ثبت پاسخ های عصبی به محرک های بینایی در حال حرکت در post-rhinal cortex (که شناخته شده است که در درک حرکت و حافظه فضایی نقش ایفا می کند) موش بود. او به امید اثبات انتظاراتش که پاسخهای POR وابسته به اطلاعاتی است که از طریق سلسله مراتب بینایی استاندارد جریان می یابد از تکنیکی به نام اپتوژنتیک در جهت خاموش کردن موقت فعالیت در V1 با استفاده از نور بهره برد اما در نهایت شگفتی او دریافت که نورونهای POR حتی بدون ورودی هایی از V1 به پاسخ به محرک در حال حرکت ادامه می دهند.

بلترامو اظهار داشت:

این کاملا چشمگیر و استثنایی است. ما ناحیه اصلی بینایی در کورتکس را خاموش کردیم و پاسخهای بینایی در POR دست نخورده باقی ماند. این اولین لحظه هیجانی بزرگی بود که به ما گفت ما در معرض یک چیز کاملا غیر منتظره هستیم.

در جستجوی منبع سیگنال

بلترامو متعجب بود که اگر پاسخ های POR به اشیای در حال حرکت از  V1 نمی آیند پس چگونه به آنجا می رسند؟ وی استدلال نمود باید مسیر دیگری باشد که POR را به اطلاعات بینایی که از شبکیه می آیند مرتبط می کند. برای شناختن این مسیرهای بینایی موازی، بلترامو از تزریق ویروسهایی به روش مهندسی شده که نورونهای مرتبط با یکدیگر را نشاندار می کرد استفاده نمود. او با این تکنیک توانست نشان دهد که نورونهای POR دو منبع ورودی آناتومیکی دارند، یکی از V1 و دیگری از superior colliculus که هر کدام از طریق نواحی جداگانه ای از تالاموس (ایستگاه تقویت و مخابره مرکزی مغز) وارد می شوند.

برای اثبات این مطلب که superior colliculus پاسخ های POR به حرکت را ایجاد می کند، بلترامو با استفاده از اپتوژنتیک، در حالی که از POR ثبت می گرفت، بطور سیستماتیک هر دو ناحیه superior colliculus و V1 را خاموش نمود. او نشان داد که (برخلاف غیرفعال کردن  V1)  خاموش کردن superior colliculus به طور کامل فعالیت POR را از بین برد. به علاوه به نظر می رسد که superior colliculus برای توانایی POR جهت رصد اشیای در حال حرکت حیاتی است، چیزی که محققان دریافتند ورودی های V1 به  POR به خودی خود قادر به انجام آن نیستند.

بیشتر بخوانید:  تلاش محققان برای بازگرداندن بینایی با استفاده از جلبک

این مطالعه سوالات بنیادین در مورد تکامل مغز و عملکرد آن ایجاد نمود

نویسندگان اظهار نمودند:

برای آزمایش اینکه آیا پاسخ های بینایی در نواحی شبه POR مغز پریماتها هم مانند ما وابسته  به ورودی از superior colliculus است و اینکه چگونه  فعالیت برخاسته از V1 و superior colliculus با هم تعامل میکنند و روی رفتار حیوانات تآثیر می گذارند، تحقیقات بیشتری مورد نیاز است.

بلترامو بیان کرد:

نظریه ما بر اساس این کشف جدید این است که POR که قبلا ناحیه بینایی سطح بالاتری در نظر گرفته شده بود میتواند به نوعی کورتکس بینایی حیاتی اولیه مشابه کورتکس بینایی یک دوزیست اولیه ساده، خزنده یا پرنده باشد و ممکن است این ناحیه برای تشخیص چیزی که در محیط حرکت می کند اختصاص یافته باشد چه آن چیز طعمه کوچک نزدیک باشد یا یک شکارچی بزرگ در فاصله زیاد. از این دیدگاه، شاید V1 به این اطلاعات، تمایز دقیق تری از ماهیت اشیای در حال حرکت مثلا موقعیت دقیق آنها و اینکه آیا آن شی یک سوسک بالقوه لذیذ یا یک عقرب بالقوه کشنده است، بیفزاید.

بر پایه مطالعات گذشته، سیستم superior colliculus-POR  همچنین می تواند با پاسخ های ترس، مسیریابی و توجه فضایی یا حتی تشخیص چهره مرتبط باشد ( همه تخصص های منطقه قشر تمپورال که در POR واقع شده است).

بینایی کور

این یافته ها همچنین جهت درک یک پدیده اعجاب انگیز به نام “بینایی کور” یا  blindsight به درد می خورد (افرادی که به دنبال ضربه به V1 نابینا می شوند، هنوز قادر به تشخیص موقعیت اشیا و مسیریابی در میان موانع، علیرغم عدم درک دقیق آنها می باشند). بر اساس مطالعات در پریماتها، تصور می شد blindsight وابسته به superior colliculus است اما مطالعه جدیدی نشان می دهد که این پدیده می تواند نواحی شبیه POR را هم درگیر کند.

اسکانزیانی بیان کرد:

این کشف از آن یافته هایی است که سوالات بسیاری را بر می انگیزد با اینکه به یکی پاسخ داده است. زیرا مانند بسیاری از کشفیات این یافته سوالاتی را مطرح می کند که کسی نمی دانست تا بپرسد.

بیشتر بخوانید:  رشد بینایی تا میانسالی ادامه دارد/بینایی در ۴۰ سالگی به بلوغ میرسد

لینک مقاله:

A collicular visual cortex: Neocortical space for an ancient midbrain visual structure

لینک خبر:

Surprise Discovery Reveals Second Visual System in Mouse Cerebral Cortex

ترجمه: مهدی هوشمندی (دانشجوی دکترای نوروساینس دانشگاه مک گیل کانادا) – وبسایت نوروسافاری
 

بیشتر بخوانید:  قشر اولیه بینایی با فعال شدن قشر شنوایی و تصور کردن هم فعال می شود

همچنین ببینید

ترمیم آسیب‌های مغزی با تبدیل سلول‌ها به نورون‌های جدید

5 (100%) 1 vote نوروسافاری | دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا موفق به ابداع یک فرمول شیمیایی …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *