kopsavilkums: Pētnieki kartēja nervu aktivitāti astoņkāju vizuālajā sistēmā, atklājot pārsteidzošas līdzības ar cilvēkiem.
Komanda novēroja neironu reakcijas uz gaišajiem un tumšajiem punktiem, tādējādi kartējot to, kas līdzinās cilvēka smadzeņu organizācijai. Interesanti, ka astoņkājiem un cilvēkiem bija pēdējais kopīgais sencis apmēram pirms 500 miljoniem gadu, kas liecina par šādu sarežģītu vizuālo sistēmu neatkarīgu attīstību.
Šie atklājumi būtiski veicina mūsu izpratni par galvkāju redzi un smadzeņu struktūru.
Atslēgas fakti:
- Apmēram 70% astoņkāju smadzeņu ir veltīti redzei. Šis pētījums ir pirmais šāda veida pētījums, kurā tiek kartēta neironu aktivitāte viņu vizuālajā sistēmā, sniedzot ieskatu par to, kā šīs jūras radības uztver savu pasauli.
- Neskatoties uz to, ka pirms 500 miljoniem gadu tiem bija kopīgs sencis, astoņkāji un cilvēki attīstīja līdzīgas neironu kartes vizuālai uztverei.
- Pētījumā atklājās, ka astoņkāju neironi spēcīgi reaģē uz maziem gaišiem plankumiem un lieliem tumšiem plankumiem, kas atšķiras no cilvēka redzes sistēmas. Iespējams, tas ir saistīts ar zemūdens vides īpatnībām.
avots: Oregonas Universitāte
Astoņkājis redzei velta aptuveni 70 procentus savu smadzeņu. Taču vēl nesen zinātniekiem bija tikai neskaidra izpratne par to, kā šie jūras dzīvnieki redz savu zemūdens pasauli. Jauns Oregonas universitātes pētījums atklāj astoņkāju viedokli.
Pirmo reizi neirozinātnieki ir reģistrējuši nervu aktivitāti no astoņkāju redzes sistēmas. Viņi izveidoja astoņkāju redzes lauka karti, tieši novērojot neironu aktivitāti dzīvnieka smadzenēs, reaģējot uz gaišiem un tumšiem plankumiem dažādās vietās.
Šī astoņkāju vizuālās sistēmas neironu aktivitātes karte ir ļoti līdzīga tai, ko mēs redzam cilvēka smadzenēs — lai gan astoņkājiem un cilvēkiem pirms aptuveni 500 miljoniem gadu bija kopīgs sencis, astoņkāji savas sarežģītās nervu sistēmas attīstīja neatkarīgi.
Neirozinātnieks Kristofers Nīls un viņa komanda ziņo par saviem atklājumiem rakstā, kas publicēts 20. jūnijā žurnālā Neirozinātnieks Kristofers Nīls. Pašreizējā bioloģija.
“Iepriekš neviens no galvkāju centrālās vizuālās sistēmas nav reģistrēts,” sacīja Nīls. Astoņkāji un citi galvkāji parasti netiek izmantoti kā modeļi redzes izpratnei, taču Nīla komanda ir ieintriģēta par viņu neparastajām smadzenēm.
Saistītā rakstā, kas publicēts pagājušajā gadā Pašreizējā bioloģijaLaboratorija identificēja dažādas neironu klases astoņkāju optiskajā daivā, kas ir smadzeņu daļa, kas paredzēta redzei. “Kopā šie dokumenti nodrošina labu pamatu, parādot dažādus neironu veidus un to reakciju – divus galvenos aspektus, kurus mēs vēlamies zināt, lai sāktu izprast jaunu vizuālo sistēmu,” sacīja Nīls.
Jaunajā pētījumā pētnieki izmērīja, kā astoņkāju vizuālās sistēmas neironi reaģē uz tumšiem un gaišiem plankumiem, kas pārvietojas pa ekrānu. Izmantojot fluorescējošu mikroskopiju, pētnieki var vērot neironu darbību, kad tie reaģē, lai redzētu, kā neironi reaģē atšķirīgi atkarībā no plankumu parādīšanās vietas.
“Mēs varējām redzēt, ka katra optiskās daivas vieta reaģēja uz vienu vietu ekrānā dzīvnieka priekšā,” sacīja Nīls. “Ja mēs kaut kur pārvietojamies, reakcija kustas smadzenēs.”
Šāda veida atsevišķas kartes ir atrodamas cilvēka smadzenēs vairākām maņām, piemēram, redzei un taustei. Neirozinātnieki ir saistījuši noteiktu sajūtu atrašanās vietu ar konkrētiem plankumiem smadzenēs.
Labi zināms pieskāriena attēlojums ir homunkuls, karikatūras cilvēka figūra, kurā ķermeņa daļas ir uzzīmētas proporcionāli smadzeņu telpas apjomam, kas atvēlēts sensoro ievades apstrādei.
Ļoti jutīgi plankumi, piemēram, roku un kāju pirksti, šķiet milzīgi, jo no šīm ķermeņa daļām ir daudz smadzeņu ievades, savukārt mazāk jutīgās vietas ir daudz mazākas.
Bet sakārtotas saiknes atrašana starp vizuālo ainu un astoņkāju smadzenēm bija tālu no gadījuma. Tas ir diezgan sarežģīts evolucionārs jauninājums, un dažiem dzīvniekiem, piemēram, rāpuļiem, šāda veida kartes nav. Arī iepriekšējie pētījumi liecina, ka astoņkājiem nav homunkuliem līdzīgas kartes ar dažādām ķermeņa daļām.
“Mēs cerējām, ka vizuālā karte ir tur, taču neviens to iepriekš nebija tieši pamanījis,” sacīja Nīls.
Pētnieki arī atzīmēja, ka astoņkāju neironi īpaši spēcīgi reaģēja uz maziem gaišiem plankumiem un lieliem tumšiem plankumiem, kas ir ievērojama atšķirība no cilvēka redzes sistēmas. Nīla komanda izvirza hipotēzi, ka tas varētu būt saistīts ar īpašām zemūdens vides īpašībām, kurā astoņkājiem ir jāpārvietojas. Plēsīgie plēsēji var parādīties kā lielas tumšas ēnas, savukārt tuvumā esošie objekti, piemēram, barība, var parādīties kā mazi spilgti plankumi.
Pēc tam pētnieki cer saprast, kā astoņkāju smadzenes reaģē uz sarežģītākiem attēliem, piemēram, tiem, kas jau atrodas dabiskajā vidē. Viņu galvenais mērķis ir izsekot šo vizuālo ievades ceļu dziļāk astoņkāja smadzenēs, lai saprastu, kā astoņkājis redz savu pasauli un mijiedarbojas ar to.
Par šo pētījumu Visual Neuroscience News
autors: Mollija Blanseta
avots: Oregonas Universitāte
komunikācija: Mollija Blanseta – Oregonas Universitāte
bilde: Attēls pievienots Neuroscience News
Sākotnējā meklēšana: atvērta piekļuve.
“Vizuālo reakciju funkcionālā regulēšana astoņkāju optiskajā daivāRakstījis Kristofers Nīls un citi. Pašreizējā bioloģija
kopsavilkums
Vizuālo reakciju funkcionālā regulēšana astoņkāju optiskajā daivā
Izceļ
- Galvkāju redzes sistēmas funkcionālā organizācija lielākoties nav zināma
- Izmantojot kalcija attēlveidošanu, mēs kartējām vizuālās reakcijas astoņkāju optiskajā daivā
- Mēs identificējām telpiski lokalizētus uztverošos laukus ar tīklenes organizāciju
- Ieslēgšanas un izslēgšanas ceļi bija atšķirīgi, un tiem bija unikālas lieluma selektīvās īpašības
kopsavilkums
Galvkāji ir ļoti vizuāli dzīvnieki ar kameras tipa acīm, lielām smadzenēm un bagātīgu vizuāli virzītas uzvedības repertuāru. Tomēr galvkāju smadzenes attīstījās neatkarīgi no citu sugu smadzenēm ar labu redzi, piemēram, mugurkaulniekiem. Tāpēc neironu ķēdes, kas apstrādā sensoro informāciju, ir ļoti atšķirīgas.
Lielā mērā nav zināms, kā darbojas viņu unikāli spēcīgā vizuālā sistēma, jo galvkāju smadzenēs nav veikti tiešu neiroloģisku vizuālo reakciju mērījumi.
Šajā pētījumā mēs izmantojām divu fotonu kalcija attēlveidošanu, lai reģistrētu vizuāli izraisītas reakcijas astoņkāju centrālās smadzeņu primārajā vizuālās apstrādes centrā, optiskajā daivā, lai noteiktu, kā tiek attēlotas un sakārtotas vizuālās ainas pamatiezīmes.
Mēs atradām telpiski lokalizētus gaismas (ON) un tumšo (IZSLĒGTS) stimulu uztverošos domēnus, kas tīklenē bija sakārtoti pāri optiskajai daivai, parādot vizuālās sistēmas organizācijas pazīmi, kas raksturīga daudzām sugām.
Pārbaudot šīs atbildes, atklājās vizuālā attēlojuma izmaiņas redzes daivas slāņos, tostarp OFF ceļa rašanās un palielināta izmēra selektivitāte.
Mēs arī identificējām asimetrijas ieslēgšanas un izslēgšanas stimulu telpiskajā apstrādē, kas liecina par unikāliem shēmas mehānismiem modeļu apstrādei, kas varētu būt attīstījušies, lai atbilstu īpašajām zemūdens vizuālās ainas apstrādes prasībām.
Šis pētījums sniedz ieskatu astoņkāju vizuālās sistēmas neironu apstrādē un funkcionālajā organizācijā, izceļot gan kopīgos, gan unikālos aspektus, un liek pamatu turpmākiem pētījumiem par neironu shēmām, kas veicina vizuālo apstrādi un uzvedību galvkājiem.
