Osm očí: odhalující vidění chobotnice pomocí nervových map

souhrn: Vědci zmapovali nervovou aktivitu ve vizuálním systému chobotnice a odhalili nápadné podobnosti s lidmi.

Tým pozoroval nervové reakce na světlé a tmavé body, čímž mapoval to, co připomíná organizaci lidského mozku. Zajímavé je, že chobotnice a lidé sdíleli posledního společného předka asi před 500 miliony let, což naznačuje nezávislý vývoj takových komplexních vizuálních systémů.

Tato zjištění významně přispívají k našemu porozumění vidění hlavonožců a struktuře mozku.

Klíčová fakta:

1. Asi 70 % mozku chobotnice je věnováno vidění. Tento výzkum je prvním svého druhu, který mapuje nervovou aktivitu v jejich vizuálním systému a poskytuje pohled na to, jak tito mořští tvorové vnímají svůj svět.
2. Navzdory tomu, že chobotnice a lidé měli před 500 miliony let společného předka, vyvinuli podobné nervové mapy pro vizuální vnímání.
3. Studie zjistila, že neurony chobotnice silně reagují na malé světlé skvrny a velké tmavé skvrny, které se liší od lidského zrakového systému. Je to pravděpodobně způsobeno zvláštnostmi podmořského prostředí.

zdroj: University of Oregon

Chobotnice věnuje asi 70 procent svého mozku zraku. Až donedávna však vědci jen mlhavě chápali, jak tito mořští živočichové vidí svůj podmořský svět. Nová studie University of Oregon vrhá světlo na úhel pohledu chobotnice.

Neurovědci poprvé zaznamenali nervovou aktivitu zrakového systému chobotnice. Vytvořili mapu zorného pole chobotnice přímým pozorováním nervové aktivity v mozku zvířete v reakci na světlé a tmavé skvrny na různých místech.

Tato mapa nervové aktivity ve vizuálním systému chobotnice je velmi podobná tomu, co vidíme v lidském mozku – i když chobotnice a lidé sdíleli společné předky před asi 500 miliony let, chobotnice vyvinuly své složité nervové systémy nezávisle.

Neurovědec Christopher Neale a jeho tým informují o svých zjištěních v článku publikovaném 20. června v časopise Neuroscientist Christopher Neale. Současná biologie.

„Nikdo předtím nebyl zaznamenán z centrálního vizuálního systému hlavonožce,“ řekl Neal. Chobotnice a další hlavonožci se obvykle nepoužívají jako modely pro pochopení zraku, ale Nealův tým je fascinován jejich neobvyklými mozky.

V souvisejícím článku publikovaném v loňském roce v Současná biologieLaboratoř identifikovala různé třídy neuronů v optickém laloku chobotnice, části mozku věnované vidění. „Tyto dokumenty společně poskytují dobrý základ tím, že ukazují různé typy neuronů a na co reagují – dva klíčové aspekty, které chceme znát, abychom mohli začít rozumět novému vizuálnímu systému,“ řekl Neal.

V nové studii vědci měřili, jak neurony ve vizuálním systému chobotnice reagují na tmavé a světlé skvrny pohybující se po obrazovce. Pomocí fluorescenční mikroskopie mohou vědci sledovat aktivitu neuronů, když reagují, aby viděli, jak neurony reagují odlišně v závislosti na tom, kde se skvrny objevují.

„Byli jsme schopni vidět, že každé místo v optickém laloku reagovalo na jediné místo na obrazovce před zvířetem,“ řekl Neal. „Pokud se někam pohneme, odezva se přesune v mozku.“

Tento typ jednotlivých map se nachází v lidském mozku pro více smyslů, jako je zrak a hmat. Neurovědci spojili umístění určitých vjemů s konkrétními místy v mozku.

Známým ztvárněním doteku je homunkulus, kreslená lidská postava, na níž jsou části těla vykresleny úměrně velikosti mozkového prostoru věnovaného tamnímu zpracování smyslových vstupů.

Vysoce citlivá místa, jako jsou prsty na rukou a nohou, se zdají být obrovská, protože z těchto částí těla přichází velké množství mozkových vstupů, zatímco méně citlivé oblasti jsou mnohem menší.

Nalezení uspořádaného spojení mezi vizuální scénou a mozkem chobotnice ale zdaleka nebylo. Je to poměrně složitá evoluční inovace a některá zvířata, jako jsou plazi, tento typ mapy nemají. Předchozí studie také ukázaly, že chobotnice nemají mapu různých částí svého těla podobnou homunkulu.

„Doufali jsme, že tam je vizuální mapa, ale nikdo si jí předtím přímo nevšiml,“ řekl Neal.

Vědci také poznamenali, že neurony v chobotnici reagovaly zvláště silně na malé světlé skvrny a velké tmavé skvrny – což je výrazný rozdíl oproti lidskému zrakovému systému. Nealův tým předpokládá, že to může být způsobeno specifickými vlastnostmi podmořského prostředí, kterým se musí chobotnice pohybovat. Blížící se predátoři se mohou jevit jako velké tmavé stíny, zatímco blízké předměty, jako je jídlo, se mohou jevit jako malé světlé skvrny.

Dále vědci doufají, že pochopí, jak mozek chobotnice reaguje na složitější obrázky, jako jsou ty, které jsou již v jejich přirozeném prostředí. Jejich konečným cílem je vysledovat cestu těchto vizuálních vstupů hlouběji do mozku chobotnice, aby pochopili, jak chobotnice vidí svůj svět a jak s ním interaguje.

O tomto výzkumu ve Visual Neuroscience News

autor: Molly Blancett
zdroj: University of Oregon
sdělení: Molly Blancett – University of Oregon
obrázek: Obrázek připsán Neuroscience News

Původní vyhledávání: otevřený přístup.
„Funkční regulace zrakových odpovědí v optickém laloku chobotniceNapsal Christopher Neal a kol. Současná biologie

---

shrnutí

Funkční regulace zrakových odpovědí v optickém laloku chobotnice

Zvýraznění

• Funkční organizace zrakového systému hlavonožců je velkou neznámou
• Pomocí kalciového zobrazování jsme zmapovali zrakové reakce v optickém laloku chobotnice
• Identifikovali jsme prostorově lokalizovaná receptivní pole s organizací sítnice
• Dráhy zapnutí a vypnutí byly odlišné a měly jedinečné vlastnosti selektivní podle velikosti

souhrn

Hlavonožci jsou vysoce vizuální zvířata s očima typu kamery, velkým mozkem a bohatým repertoárem vizuálně řízeného chování. Mozek hlavonožců se však vyvinul nezávisle na mozku jiných druhů s vysokým zrakem, jako jsou obratlovci. Proto jsou nervové obvody, které zpracovávají senzorické informace, velmi odlišné.

Je velkou neznámou, jak funguje jejich jedinečně výkonný vizuální systém, protože v mozku hlavonožců nebyla provedena žádná přímá neurologická měření zrakových reakcí.

V této studii jsme použili dvoufotonové zobrazování vápníku k záznamu vizuálně vyvolaných reakcí v primárním centru vizuálního zpracování centrálního mozku chobotnice, optickém laloku, abychom určili, jak jsou reprezentovány a organizovány základní rysy vizuální scény.

Našli jsme prostorově lokalizované receptivní domény světlých (ON) a tmavých (OFF) podnětů, které byly sítnicově organizovány přes optický lalok, což demonstruje charakteristický znak organizace vizuálního systému, který je společný u mnoha druhů.

Zkoumání těchto reakcí odhalilo posuny ve vizuální reprezentaci napříč vrstvami zrakového laloku, včetně vzniku OFF dráhy a zvýšené selektivity velikosti.

Také jsme identifikovali asymetrie v prostorovém zpracování zapnutých a vypnutých podnětů, které naznačují jedinečné obvodové mechanismy pro zpracování modelu, které se mohly vyvinout, aby vyhovovaly specifickým požadavkům zpracování podvodní vizuální scény.

Tato studie poskytuje pohled na nervové zpracování a funkční organizaci zrakového systému chobotnice, zdůrazňuje společné i jedinečné aspekty a pokládá základy pro budoucí studie nervových obvodů zprostředkovávajících vizuální zpracování a chování u hlavonožců.