Ανακάλυψη νευρώνων που επηρεάζουν την οπτική αντίληψη
Μια ψευδαίσθηση είναι όταν αντιλαμβανόμαστε ένα αντικείμενο που δεν αντιστοιχεί στην αισθητηριακή πληροφορία που φτάνει στα μάτια μας. Στην περίπτωση της εικόνας που παρατίθεται, η αισθητηριακή πληροφορία είναι τέσσερις μαύρες φιγούρες τύπου Pac Man. Ωστόσο, αυτό που βλέπουμε είναι ένα λευκό τετράγωνο, δηλαδή η ψευδαίσθηση.
Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Neuroscience, από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Berkeley, σε συνεργασία με ομάδες από το Allen Institute, αναγνώρισε τον βασικό νευρωνικό κύκλο και τον τύπο κυττάρων που παίζουν καθοριστικό ρόλο στην ανίχνευση αυτών των ψευδαισθήσεων – πιο συγκεκριμένα, των εξωτερικών τους ακμών ή “περιγραμμάτων” – και πώς λειτουργεί αυτός ο κύκλος.
Η λειτουργία των IC-encoder νευρώνων
Η Δρ. Hyeyoung Shin (τώρα στο Πανεπιστήμιο της Σεούλ), ο Δρ. Hillel Adesnik και η ομάδα τους ανακάλυψαν μια ειδική ομάδα κυττάρων που ονομάζονται IC-encoder νευρώνες, οι οποίοι ενημερώνουν τον εγκέφαλο να βλέπει πράγματα που δεν υπάρχουν πραγματικά, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται αναδρομική ολοκλήρωση προτύπων. “Δεδομένου ότι οι IC-encoder νευρώνες έχουν αυτή την μοναδική ικανότητα να οδηγούν την ολοκλήρωση προτύπων, πιστεύουμε ότι μπορεί να έχουν εξειδικευμένη συνδεσιμότητα εκροής που τους επιτρέπει να αναπαράγουν αυτό το πρότυπο με πολύ αποτελεσματικό τρόπο,” δήλωσε η Shin.
“Γνωρίζουμε επίσης ότι λαμβάνουν κορυφαίες εισροές από ανώτερες οπτικές περιοχές. Η αναπαράσταση της ψευδαίσθησης προκύπτει πρώτα σε ανώτερες οπτικές περιοχές και στη συνέχεια επιστρέφει στον πρωτογενή οπτικό φλοιό. Όταν αυτή η πληροφορία επιστρέφει, γίνεται αποδεκτή από τους IC-encoders στον πρωτογενή οπτικό φλοιό.” Αυτό είναι παρόμοιο με έναν διευθυντή που λέει σε έναν υπάλληλο εισόδου να ολοκληρώσει μια εργασία: οι οδηγίες προέρχονται από ανώτερο επίπεδο και εκτελούνται από χαμηλότερο προσωπικό. Σε αυτή την περίπτωση, η οδηγία θα ήταν να δει ή να αντιληφθεί κάτι που δεν υπάρχει πραγματικά.
Σημασία της ανακάλυψης
Στο πλαίσιο του εγκεφάλου και της όρασης, χρησιμοποιώντας το παραπάνω σχήμα, τα ανώτερα επίπεδα του εγκεφάλου ερμηνεύουν την εικόνα ως τετράγωνο και στη συνέχεια λένε στον πρωτογενή οπτικό φλοιό να “δείξει ένα τετράγωνο”, αν και το οπτικό ερέθισμα αποτελείται από τέσσερις ημιτελείς μαύρες κύκλους. Οι Shin, Adesnik και η ομάδα τους έκαναν την ανακάλυψη παρατηρώντας τα ηλεκτρικά μοτίβα εγκεφαλικής δραστηριότητας σε ποντίκια όταν τους παρουσιάστηκαν ψευδαισθησιακές εικόνες όπως το τρίγωνο Kanizsa. Στη συνέχεια, έστειλαν δέσμες φωτός στους IC-encoder νευρώνες, σε μια διαδικασία που ονομάζεται οπτογενετική δύο φωτονίων, όταν δεν υπήρχε ψευδαίσθηση παρούσα. Όταν συνέβη αυτό, παρατήρησαν ότι ακόμη και στην απουσία μιας ψευδαίσθησης, οι IC-encoder νευρώνες ενεργοποίησαν τα ίδια μοτίβα εγκεφαλικής δραστηριότητας που υπάρχουν όταν μια ψευδαίσθηση ήταν παρούσα.
Οι ευρήματα ρίχνουν φως στο πώς λειτουργεί το οπτικό σύστημα και η αντίληψη στον εγκέφαλο και έχουν επιπτώσεις σε ασθένειες όπου αυτό το σύστημα δεν λειτουργεί σωστά. Σε ορισμένες ασθένειες, εμφανίζονται στο εγκέφαλο μοτίβα δραστηριότητας που είναι ανώμαλα, και στην σχιζοφρένεια αυτά σχετίζονται με αντικειμενικές αναπαραστάσεις που εμφανίζονται τυχαία. Εάν δεν κατανοήσετε πώς σχηματίζονται αυτά τα αντικείμενα και πώς ένα σύνολο κυττάρων συνεργάζεται για να αναδείξει αυτές τις αναπαραστάσεις, δεν θα μπορέσετε να το θεραπεύσετε. Έτσι, η κατανόηση ποια κύτταρα και σε ποιο επίπεδο συμβαίνει αυτή η δραστηριότητα είναι χρήσιμη.
Ο Δρ. Jerome Lecoq, αναπληρωτής ερευνητής στο Allen Institute, ανέφερε ότι ερευνητές του προγράμματος OpenScope του Allen Institute, το οποίο επιτρέπει σε εξωτερικούς επιστήμονες να προτείνουν πειράματα που μπορούν να γίνουν με τα προηγμένα εργαλεία και εξοπλισμό του Ινστιτούτου, διεξήγαγαν μερικά από τα πειράματα που ήταν μέρος αυτής της μελέτης. Η δουλειά τους έδειξε για πρώτη φορά ότι ο “κύκλος ανατροφοδότησης” της εγκεφαλικής δραστηριότητας από ανώτερα επίπεδα του εγκεφάλου που επικοινωνούν με χαμηλότερες οπτικές περιοχές (όπου βρίσκονταν οι IC-encoders νευρώνες) συμβαίνει σε ποντίκια.
“Το OpenScope παρείχε πρόσβαση σε μοναδικές ηλεκτροφυσιολογικές εγγραφές σε όλο τον εγκέφαλο στην ομάδα του Berkeley. Με έξι νευροπίξελ που διανεμήθηκαν σε όλο τον εγκέφαλο, μπορούσαν να παρακολουθήσουν τους κύκλους ανατροφοδότησης σε δράση με χιλιοστά του δευτερολέπτου σε πραγματικό χρόνο,” δήλωσε ο Lecoq. Οι ευρήματα της μελέτης αλλάζουν την παραδοχή της όρασης και της αντίληψης ως παθητική διαδικασία όπου απλώς αναπαράγουμε πληροφορίες.
