Осемте очи: разкриване на зрението на октопод с помощта на невронни карти

резюме: Изследователите картографираха невронната активност в зрителната система на октопода, разкривайки поразителни прилики с хората.

Екипът наблюдава невронни реакции към светлите и тъмните точки, като по този начин картографира това, което прилича на организацията на човешкия мозък. Интересното е, че октоподите и хората споделят последния общ прародител преди около 500 милиона години, което предполага независима еволюция на такива сложни визуални системи.

Тези открития допринасят значително за разбирането ни за зрението и мозъчната структура на главоногите.

Ключови факти:

1. Около 70% от мозъка на октопода е посветен на зрението. Това изследване е първото по рода си, което картографира невронната активност в тяхната зрителна система, предоставяйки представа за това как тези морски създания възприемат своя свят.
2. Въпреки че имат общ прародител преди 500 милиона години, октоподите и хората са развили сходни невронни карти за визуално възприятие.
3. Проучването откри, че невроните на октопода реагират силно на малки светли петна и големи тъмни петна, които се различават от човешката зрителна система. Това вероятно се дължи на особеностите на подводната среда.

източник: Университет на Орегон

Октоподът посвещава около 70 процента от мозъка си на зрението. Но доскоро учените имаха само бегло разбиране за това как тези морски животни виждат своя подводен свят. Ново проучване на Университета на Орегон хвърля светлина върху гледната точка на октопода.

За първи път невролози записаха невронна активност от зрителната система на октопод. Те създадоха карта на зрителното поле на октопода, като директно наблюдаваха невронната активност в мозъка на животното в отговор на светли и тъмни петна на различни места.

Тази карта на невронната активност във визуалната система на октопода е много подобна на това, което виждаме в човешкия мозък – въпреки че октоподите и хората са имали общ прародител преди около 500 милиона години, октоподите са развили своите сложни нервни системи независимо.

Невроученът Кристофър Нийл и неговият екип докладват своите открития в статия, публикувана на 20 юни в списанието Neuroscientist Christopher Neale. Актуална биология.

„Всъщност никой досега не е записвал от централната зрителна система на главоного“, каза Нийл. Октоподите и другите главоноги обикновено не се използват като модели за разбиране на зрението, но екипът на Нийл е заинтригуван от техните необичайни мозъци.

В свързана статия, публикувана миналата година в Актуална биологияЛабораторията идентифицира различни класове неврони в зрителния лоб на октопод, част от мозъка, посветена на зрението. „Заедно тези документи осигуряват добра основа, като показват различните видове неврони и на какво реагират – два ключови аспекта, които искаме да знаем, за да започнем да разбираме нова визуална система“, каза Нийл.

В новото проучване изследователите измерват как невроните в зрителната система на октопода реагират на тъмни и светли петна, движещи се по екрана. Използвайки флуоресцентна микроскопия, изследователите могат да наблюдават активността на невроните, докато реагират, за да видят как невроните реагират по различен начин в зависимост от това къде се появяват петната.

„Успяхме да видим, че всяко място в оптичния лоб реагира на едно място на екрана пред животното“, каза Нийл. „Ако се преместим някъде, реакцията се премества в мозъка.“

Този тип индивидуални карти се намират в човешкия мозък за множество сетива, като зрение и допир. Невролозите са свързали местоположението на определени усещания със специфични точки в мозъка.

Добре познато представяне на докосването е хомункулусът, анимационна човешка фигура, в която частите на тялото са нарисувани пропорционално на количеството мозъчно пространство, посветено на обработката на сензорни данни там.

Силно чувствителните места, като пръстите на ръцете и краката, изглеждат огромни, защото има много мозъчна информация от тези части на тялото, докато по-малко чувствителните зони са много по-малки.

Но намирането на подредена връзка между визуалната сцена и мозъка на октопода далеч не беше така. Това е доста сложна еволюционна иновация и някои животни, като влечугите, нямат такъв тип карта. Също така, предишни проучвания показват, че октоподите нямат подобна на хомункул карта на различни части от тялото си.

„Надявахме се визуалната карта да е там, но никой не я беше забелязал директно преди“, каза Нийл.

Изследователите отбелязват също, че невроните в октопода реагират особено силно на малки светли петна и големи тъмни петна – значителна разлика от човешката зрителна система. Екипът на Нийл предполага, че това може да се дължи на специфични характеристики на подводната среда, в която октоподите трябва да се движат. Надвисналите хищници могат да изглеждат като големи тъмни сенки, докато близките обекти, като храна, могат да изглеждат като малки светли петна.

След това изследователите се надяват да разберат как мозъкът на октопода реагира на по-сложни изображения, като тези, които вече са в естествената им среда. Тяхната крайна цел е да проследят пътя на тези визуални входове по-дълбоко в мозъка на октопода, за да разберат как октоподът вижда и взаимодейства със своя свят.

За това изследване в Visual Neuroscience News

автор: Моли Блансет
източник: Университет на Орегон
комуникация: Моли Блансет – Университет на Орегон
снимка: Изображението е кредитирано на Neuroscience News

Оригинално търсене: свободен достъп.
„Функционална регулация на зрителните реакции в оптичния лоб на октоподНаписано от Кристофър Нийл и др. Актуална биология

резюме

Функционална регулация на зрителните реакции в оптичния лоб на октопод

Акценти

• Функционалната организация на зрителната система на главоногите е до голяма степен неизвестна
• Използвайки калциево изображение, ние картографирахме визуалните реакции в оптичния лоб на октопода
• Ние идентифицирахме пространствено локализирани рецептивни полета с организация на ретината
• Пътищата за включване и изключване бяха различни и имаха уникални свойства за селективност на размера

резюме

Главоногите са силно визуални животни с очи като камера, големи мозъци и богат репертоар от визуално насочено поведение. Мозъкът на главоногите обаче е еволюирал независимо от мозъка на други видове с високо зрение, като гръбначните. Следователно невронните вериги, които обработват сензорна информация, са много различни.

До голяма степен е неизвестно как работи тяхната уникално мощна визуална система, тъй като не е имало директни неврологични измервания на зрителните реакции в мозъка на главоногите.

В това изследване използвахме двуфотонно калциево изобразяване, за да запишем визуално предизвикани реакции в първичния визуален център за обработка на централния мозък на октопода, оптичния лоб, за да определим как основните характеристики на визуалната сцена са представени и организирани.

Открихме пространствено локализирани рецептивни домейни на светлинни (ON) и тъмни (OFF) стимули, които бяха организирани на ретината през оптичния лоб, демонстрирайки отличителния белег на организацията на зрителната система, обща за много видове.

Изследването на тези отговори разкрива промени във визуалното представяне през слоевете на зрителния лоб, включително появата на OFF пътя и повишена селективност на размера.

Ние също така идентифицирахме асиметрии в пространствената обработка на стимули за включване и изключване, които предполагат уникални схемни механизми за обработка на модела, които може да са еволюирали, за да отговарят на специфичните изисквания за обработка на подводна визуална сцена.

Това проучване дава представа за невронната обработка и функционалната организация на зрителната система на октоподите, подчертавайки както общите, така и уникалните аспекти, и поставя основата за бъдещи изследвания на невронните вериги, медииращи визуалната обработка и поведение при главоногите.