Zhrnutie: Výskumníci zmapovali nervovú aktivitu vo vizuálnom systéme chobotnice a odhalili prekvapivé podobnosti s ľuďmi.
Tím pozoroval nervové reakcie na svetlé a tmavé miesta a vytvoril mapu, ktorá pripomína organizáciu ľudského mozgu. Je zaujímavé, že chobotnice a ľudia naposledy zdieľali spoločného predka asi pred 500 miliónmi rokov, čo naznačuje nezávislý vývoj takýchto zložitých vizuálnych systémov.
Tieto zistenia výrazne prispievajú k nášmu pochopeniu videnia hlavonožcov a štruktúry mozgu.
Dôležité fakty:
- Asi 70 % mozgu chobotnice je venovaných videniu. Výskum je prvým, ktorý mapuje nervovú aktivitu v ich vizuálnom systéme a poskytuje pohľad na to, ako tieto morské tvory vnímajú svoj svet.
- Napriek tomu, že chobotnice a ľudia mali spoločného predka pred 500 miliónmi rokov, vyvinuli podobné nervové mapy pre vizuálne vnímanie.
- Štúdia ukázala, že neuróny chobotnice silne reagujú na malé svetlé škvrny a veľké tmavé škvrny, ktoré sa líšia od ľudského zrakového systému. Je to pravdepodobne spôsobené zvláštnosťami podmorského prostredia.
Zdroj: University of Oregon
Chobotnica venuje asi 70 percent svojho mozgu zraku. Až donedávna však vedci len hmlisto chápali, ako tieto morské živočíchy vidia svoj podmorský svet. Nová štúdia z University of Oregon dáva do centra pozornosti perspektívu chobotnice.
Neurovedci po prvýkrát zaznamenali nervovú aktivitu zrakového systému chobotnice. Vytvorili mapu zorného poľa chobotnice priamym pozorovaním nervovej aktivity v mozgu zvieraťa v reakcii na svetlé a tmavé škvrny na rôznych miestach.
Táto mapa neurálnej aktivity vo vizuálnom systéme chobotnice vyzerá veľmi podobne ako v ľudskom mozgu – aj keď chobotnice a ľudia mali naposledy spoločného predka asi pred 500 miliónmi rokov a chobotnice si vyvinuli svoje vlastné komplexné neurónové siete. nezávisle.
Neurovedec z UO Christopher Neal a jeho tím uvádzajú svoje zistenia v článku publikovanom 20. júna súčasná biológia.
„Doslova nikto nikdy predtým nezaznamenal centrálny vizuálny systém hlavonožca,“ povedal Neill. Chobotnice a iné hlavonožce sa zvyčajne nepoužívajú ako model na pochopenie zraku, ale Nealov tím je fascinovaný ich nezvyčajným mozgom.
V súvisiacom článku publikovanom minulý rok súčasná biológiaLaboratórium identifikovalo rôzne kategórie neurónov v optickom laloku chobotnice, časti mozgu venovanej videniu. Spoločne „tieto dokumenty poskytujú dobrý základ objasňovaním rôznych typov neurónov a toho, na čo reagujú – dva základné aspekty, ktoré chceme vedieť, aby sme mohli začať chápať nový vizuálny systém,“ povedal Neill.
V novej štúdii vedci merali, ako neuróny vo vizuálnom systéme chobotnice reagujú na tmavé a svetlé škvrny pohybujúce sa na obrazovke. Pomocou fluorescenčnej mikroskopie môžu výskumníci sledovať aktivitu neurónov pri ich reakcii, aby zistili, ako neuróny reagujú odlišne v závislosti od toho, kde sa škvrny objavujú.
„Boli sme schopní vidieť, že každé miesto v optickom laloku reagovalo na miesto na obrazovke pred zvieraťom,“ povedal Neill. „Ak sa posunieme o jeden priestor, odpoveď ide do mozgu.“
Tento typ mapovania typu one-to-one sa nachádza v ľudskom mozgu pre mnohé zmysly, ako je zrak a hmat. Neurovedci spojili umiestnenie konkrétnych vnemov s konkrétnymi miestami v mozgu.
Známym zobrazením dotyku je homunkulus, kreslená ľudská postava s časťami tela nakreslenými v pomere k tomu, koľko miesta v mozgu je venované spracovaniu zmyslových vstupov.
Veľmi citlivé oblasti, ako sú prsty na rukách a nohách, sa zdajú byť väčšie, pretože mozog dostáva veľa vstupov z týchto častí tela, zatiaľ čo menej citlivé oblasti sú oveľa menšie.
Nájsť systematické prepojenie medzi vizuálnou scénou a mozgom chobotnice však nebolo ani zďaleka cieľom. Je to pomerne zložitá evolučná inovácia a niektoré zvieratá, ako napríklad plazy, takúto mapu nemajú. Okrem toho predchádzajúce štúdie naznačili, že chobotnice nemajú mapy podobné homunkulom pre rôzne časti svojho tela.
„Očakávali sme, že by tam mohla byť vizuálna mapa, ale nikto ju predtým priamo nevidel,“ povedal Neill.
Výskumníci poznamenali, že neuróny chobotnice tiež reagovali obzvlášť silne na malé svetlé škvrny a veľké tmavé škvrny – výrazný rozdiel od ľudského vizuálneho systému. Neillov tím špekuluje, že to môže byť spôsobené špecifickými charakteristikami podmorského prostredia, ktorým sa musí chobotnica pohybovať. Vynárajúci sa predátori sa môžu javiť ako veľké tmavé tiene, zatiaľ čo bližšie objekty, ako napríklad jedlo, sa budú javiť ako menšie svetlé škvrny.
Ďalej vedci dúfajú, že pochopia, ako mozog chobotnice reaguje na zložitejšie obrázky, aké sa v skutočnosti vyskytujú v ich prirodzenom prostredí. Ich konečným cieľom je sledovať cestu týchto vizuálnych vstupov hlboko do mozgu chobotnice, aby lepšie pochopili, ako chobotnica vidí svoj svet a ako s ním interaguje.
O týchto novinkách z výskumu vizuálnej neurovedy
autor: molly deka
Zdroj: University of Oregon
kontakt: Molly Blankett – University of Oregon
obrázok: Obrázok pripísaný Neuroscience News
Základný výskum: otvorený prístup.
,Funkčná organizácia vizuálnych odpovedí v optickom laloku chobotniceod Christophera Neila a kol. súčasná biológia
abstraktné
Funkčná organizácia vizuálnych odpovedí v optickom laloku chobotnice
Zlatý klinec
- Funkčná organizácia zrakového systému hlavonožcov je do značnej miery neznáma
- Pomocou kalciového zobrazovania sme zmapovali vizuálne evokované reakcie v optickom laloku chobotnice
- Identifikovali sme priestorovo lokalizované receptívne polia s retinotopickou organizáciou
- Dráhy zapnutia a vypnutia boli odlišné a mali jedinečné vlastnosti tvarovej selektivity
Zhrnutie
Hlavonožce sú vysoko vizuálne zvieratá s očami podobnými kamere, veľkým mozgom a bohatým repertoárom vizuálne riadeného správania. Mozog hlavonožcov sa však vyvinul nezávisle od iných vysoko vizuálnych druhov, ako sú stavovce; Preto sa neurónové obvody, ktoré spracovávajú senzorické informácie, líšia v hĺbke.
Je veľkou neznámou, ako funguje ich výkonný, ale jedinečný vizuálny systém, keďže v mozgu hlavonožcov neboli vykonané žiadne priame nervové merania vizuálnych reakcií.
V tejto štúdii sme použili dvojfotónové zobrazovanie vápnika na zaznamenanie vizuálne vyvolaných reakcií v optickom laloku, primárnom centre vizuálneho spracovania centrálneho mozgu chobotnice, aby sme zistili, či sú zastúpené základné črty vizuálneho vnímania a ako sa organizovať.
Našli sme priestorovo lokalizované receptívne polia pre svetlé (zapnuté) a tmavé (vypnuté) stimuly, organizované retinotopicky v optickom laloku, čo demonštruje charakteristický znak organizácie vizuálneho systému zdieľaného medzi viacerými druhmi.
Skúmanie týchto reakcií odhalilo zmeny vizuálnej reprezentácie vo vrstvách optického laloku, vrátane vzniku OFF dráh a zvýšenej tvarovej selektivity.
Tiež sme identifikovali asymetrie v priestorovom spracovaní ON a OFF stimulov, čo naznačuje, že jedinečné obvodové mechanizmy na spracovanie formulárov sa mohli vyvinúť tak, aby vyhovovali špecifickým požiadavkám spracovania vizuálnej scény pod vodou.
Táto štúdia poskytuje pohľad na nervové spracovanie a funkčnú organizáciu vizuálneho systému chobotnice, zdôrazňuje zdieľané aj jedinečné aspekty a kladie základy pre budúce štúdie nervových obvodov, ktoré sprostredkovávajú vizuálne spracovanie a správanie u hlavonožcov.
