Sekiz göz: nöral haritaları kullanarak ahtapot görüşünü ortaya çıkarma

özet: Araştırmacılar, ahtapotun görsel sistemindeki nöral aktiviteyi haritalayarak, insanlarla çarpıcı benzerlikler ortaya çıkardı.

Ekip, parlak ve karanlık noktalara verilen nöral tepkileri gözlemledi ve böylece insan beyninin organizasyonuna benzeyen şeyin haritasını çıkardı. İlginç bir şekilde, ahtapotlar ve insanlar yaklaşık 500 milyon yıl önce son ortak atayı paylaştılar, bu da bu tür karmaşık görsel sistemlerin bağımsız bir evrimini akla getiriyor.

Bu bulgular, kafadanbacaklı görme ve beyin yapısını anlamamıza önemli ölçüde katkıda bulunuyor.

Ana unsurlar:

1. Bir ahtapotun beyninin yaklaşık %70’i görmeye adanmıştır. Bu araştırma, görsel sistemlerindeki nöral aktiviteyi haritalandıran türünün ilk örneğidir ve bu deniz canlılarının dünyalarını nasıl algıladıklarına dair içgörü sağlar.
2. 500 milyon yıl önce ortak bir ataya sahip olmalarına rağmen, ahtapotlar ve insanlar görsel algı için benzer nöral haritalar geliştirdiler.
3. Çalışma, ahtapot nöronlarının, insan görsel sisteminden farklı olan küçük ışık noktalarına ve büyük karanlık noktalara güçlü bir şekilde tepki verdiğini keşfetti. Bu muhtemelen su altı ortamının özelliklerinden kaynaklanmaktadır.

kaynak: Oregon Üniversitesi

Bir ahtapot beyninin yaklaşık yüzde 70’ini görmeye ayırır. Ancak yakın zamana kadar, bilim adamlarının bu deniz hayvanlarının sualtı dünyalarını nasıl gördüklerine dair yalnızca belirsiz bir fikirleri vardı. Yeni bir Oregon Üniversitesi araştırması, ahtapotun bakış açısına ışık tutuyor.

Sinirbilimciler ilk kez bir ahtapotun görsel sisteminden sinirsel aktivite kaydettiler. Farklı konumlardaki aydınlık ve karanlık noktalara tepki olarak hayvanın beynindeki nöral aktiviteyi doğrudan gözlemleyerek ahtapotun görsel alanının bir haritasını oluşturdular.

Bir ahtapotun görsel sistemindeki bu nöral aktivite haritası, insan beyninde gördüğümüze çok benziyor – ahtapotlar ve insanlar yaklaşık 500 milyon yıl önce ortak bir ataya sahip olsalar da, ahtapotlar karmaşık sinir sistemlerini bağımsız olarak geliştirdiler.

Nörobilimci Christopher Neale ve ekibi, bulgularını Neuroscientist Christopher Neale dergisinde 20 Haziran’da yayınlanan bir makalede bildirdi. Güncel Biyoloji.

Neal, “Daha önce hiç kimse bir kafadanbacaklının merkezi görsel sisteminden gerçekten kayıt yapmadı,” dedi. Ahtapotlar ve diğer kafadanbacaklılar genellikle görmeyi anlamak için model olarak kullanılmazlar, ancak Neal’ın ekibi onların olağandışı beyinlerinden etkilenir.

Geçen yıl yayınlanan ilgili bir makalede Güncel BiyolojiLaboratuvar, bir ahtapotun beynin görmeye adanmış bir parçası olan optik lobunda farklı nöron sınıfları tanımladı. Neal, “Birlikte, bu makaleler, farklı nöron türlerini ve neye tepki verdiklerini göstererek iyi bir temel sağlıyor – yeni bir görsel sistemi anlamaya başlamak için bilmek istediğimiz iki önemli husus” dedi.

Yeni çalışmada, araştırmacılar ahtapotun görsel sistemindeki nöronların ekranda hareket eden karanlık ve aydınlık noktalara nasıl tepki verdiğini ölçtüler. Araştırmacılar, floresan mikroskobu kullanarak, nöronların, noktaların nerede göründüklerine bağlı olarak nasıl farklı tepkiler verdiğini görmek için yanıt verirken nöronların aktivitesini izleyebilirler.

Neal, “Optik lobdaki her bölgenin, hayvanın önündeki ekranda tek bir konuma yanıt verdiğini görebildik” dedi. “Bir yere hareket edersek, tepki beyinde hareket eder.”

Bu tür bireysel haritalar, insan beyninde görme ve dokunma gibi çoklu duyular için bulunur. Sinirbilimciler, belirli duyumların yerini beyindeki belirli noktalara bağladılar.

Dokunmanın iyi bilinen bir temsili, vücudun bölümlerinin oradaki duyusal girdiyi işlemeye ayrılan beyin alanı miktarıyla orantılı olarak çizildiği karikatürize bir insan figürü olan homunculus’tur.

El ve ayak parmakları gibi çok hassas noktalar çok büyük görünür çünkü bu vücut kısımlarından çok fazla beyin girdisi gelirken, daha az hassas bölgeler çok daha küçüktür.

Ancak görsel sahne ile ahtapot beyni arasında düzenli bir bağlantı bulmak, durumdan çok uzaktı. Oldukça karmaşık bir evrimsel yeniliktir ve sürüngenler gibi bazı hayvanlarda bu tür bir harita yoktur. Ayrıca, önceki çalışmalar ahtapotların vücutlarının farklı bölümlerinin homunculus benzeri bir haritasına sahip olmadığını göstermiştir.

Neal, “Görsel haritanın orada olduğunu umduk, ancak daha önce kimse bunu doğrudan fark etmemişti,” dedi.

Araştırmacılar ayrıca ahtapottaki nöronların özellikle küçük ışık noktalarına ve büyük karanlık noktalara güçlü bir şekilde tepki verdiğini de kaydetti – bu, insan görsel sisteminden belirgin bir fark. Neal’ın ekibi bunun, ahtapotların gezinmesi gereken su altı ortamının belirli özelliklerinden kaynaklanabileceğini varsayıyor. Yaklaşan avcılar büyük koyu gölgeler olarak görünebilirken, yiyecek gibi yakındaki nesneler küçük parlak noktalar olarak görünebilir.

Daha sonra araştırmacılar, ahtapotun beyninin, zaten doğal ortamlarında olanlar gibi daha karmaşık görüntülere nasıl tepki verdiğini anlamayı umuyorlar. Nihai hedefleri, ahtapotun dünyasını nasıl gördüğünü ve onunla nasıl etkileşime girdiğini anlamak için bu görsel girdilerin yolunu ahtapotun beyninin derinliklerine kadar takip etmektir.

Visual Neuroscience News’teki bu araştırma hakkında

yazar: Molly Blancett
kaynak: Oregon Üniversitesi
iletişim: Molly Blancett – Oregon Üniversitesi
resim: Görüntü, Neuroscience News’e atfedildi

Orijinal arama: açık Erişim.
“Bir ahtapotun optik lobundaki görsel tepkilerin fonksiyonel düzenlemesiChristopher Neal ve diğerleri tarafından yazıldı. Güncel Biyoloji

Özet

Bir ahtapotun optik lobundaki görsel tepkilerin fonksiyonel düzenlemesi

Öne Çıkanlar

• Kafadanbacaklı görsel sisteminin işlevsel organizasyonu büyük ölçüde bilinmemektedir.
• Kalsiyum görüntülemeyi kullanarak ahtapotun optik lobundaki görsel tepkileri haritaladık.
• Mekansal olarak yerelleştirilmiş alıcı alanları retina organizasyonu ile belirledik
• Açık ve kapalı yollar farklıydı ve benzersiz boyut seçici özelliklere sahipti

özet

Kafadanbacaklılar, kamera tipi gözleri, büyük beyinleri ve görsel olarak yönlendirilen davranışlardan oluşan zengin bir repertuarı olan oldukça görsel hayvanlardır. Bununla birlikte, kafadanbacaklıların beyni, omurgalılar gibi yüksek görüşlü diğer türlerin beyninden bağımsız olarak gelişmiştir. Bu nedenle, duyusal bilgiyi işleyen nöral devreler çok farklıdır.

Kafadanbacaklı beyninde görsel tepkilerin doğrudan nörolojik ölçümleri olmadığı için, benzersiz güçlü görsel sistemlerinin nasıl çalıştığı büyük ölçüde bilinmiyor.

Bu çalışmada, görsel sahnenin temel özelliklerinin nasıl temsil edildiğini ve organize edildiğini belirlemek için ahtapot merkezi beyninin birincil görsel işleme merkezi olan optik lobda görsel olarak uyarılmış tepkileri kaydetmek için iki fotonlu kalsiyum görüntüleme kullandık.

Optik lob boyunca retinal olarak organize edilmiş, birçok türde yaygın olan görsel sistem organizasyonunun ayırt edici özelliğini gösteren, mekansal olarak lokalize edilmiş alıcı ışık (AÇIK) ve karanlık (KAPALI) uyaran alanları bulduk.

Bu tepkilerin incelenmesi, KAPALI yolunun ortaya çıkışı ve artan boyut seçiciliği dahil olmak üzere, görsel lobun katmanları boyunca görsel temsilde kaymalar ortaya çıkardı.

Ayrıca, bir su altı görsel sahnesini işlemenin özel gereksinimlerini karşılamak için evrimleşmiş olabilecek model işleme için benzersiz devre mekanizmaları öneren açık ve kapalı uyaranların uzamsal işlenmesinde asimetriler belirledik.

Bu çalışma, hem ortak hem de benzersiz yönleri vurgulayarak ahtapot görsel sisteminin nöral işlemesi ve işlevsel organizasyonu hakkında fikir verir ve kafadanbacaklılarda görsel işleme ve davranışa aracılık eden nöral devrelerle ilgili gelecekteki çalışmalar için bir temel oluşturur.