Sinirbilim

Octo-eyes: Nöral Haritalama ile Ahtapot Vizyonunu Çözmek

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

Ekip, aydınlık ve karanlık noktalara verilen nöral tepkileri gözlemledi ve böylece insan beyninin organizasyonuna benzeyen bir harita oluşturdu. İlginç bir şekilde, ahtapotlar ve insanlar en son yaklaşık 500 milyon yıl önce ortak bir ataya sahipti, bu da bu tür karmaşık görsel sistemlerin bağımsız evrimini akla getiriyor.

Bu bulgular, kafadanbacaklı görüşü ve beyin yapısını anlamamıza büyük katkıda bulunuyor.

Ana unsurlar:

  1. Bir ahtapotun beyninin yaklaşık %70’i görmeye adanmıştır. Bu araştırma, görsel sistemlerindeki nöral aktivitenin haritasını çıkaran ve bu deniz canlılarının dünyalarını nasıl algıladıklarına dair içgörü sağlayan ilk araştırmadır.
  2. 500 milyon yıl önceki ortak bir ataya rağmen, ahtapotlar ve insanlar görsel algı için benzer nöral haritalar geliştirdiler.
  3. Çalışma, ahtapot nöronlarının, insan görsel sisteminden farklı olarak küçük ışık noktalarına ve büyük karanlık noktalara güçlü bir şekilde tepki verdiğini keşfetti. Bu potansiyel olarak 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 anlayışı vardı. Yeni bir Oregon Üniversitesi araştırması, ahtapotun görüşünü odak noktası haline getiriyor.

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.

Ahtapot görsel sistemindeki nöral aktivitenin bu haritası, insan beyninde görülene çok benziyor – ahtapotlar ve insanlar en son yaklaşık 500 milyon yıl önce ortak bir atayı paylaşmış ve ahtapotlar karmaşık sinir sistemlerini bağımsız olarak geliştirmiş olsa da.

UO sinirbilimci Cristopher Niell ve ekibi bulgularını 20 Haziran’da yayınlanan bir makalede bildirdi. Güncel Biyoloji.

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

Geçen yıl yayınlanan ilgili bir makalede Güncel Biyoloji, laboratuvar, beynin görmeye adanmış kısmı olan ahtapot optik lobunda farklı nöron kategorileri belirledi. Niell, “Bu makaleler, farklı nöron türlerini ve neye tepki verdiklerini açıklayarak güzel bir temel sağlıyor – yeni bir görsel sistemi anlamaya başlamak için bilmek isteyeceğimiz iki temel husus” dedi.

Yeni çalışmada araştırmacılar, ahtapot görsel sistemindeki nöronların ekranda hareket eden karanlık ve aydınlık noktalara nasıl tepki verdiğini ölçtüler. Araştırmacılar, floresan mikroskobu kullanarak, nöronların, noktaların ortaya çıktığı yere bağlı olarak nasıl farklı tepkiler verdiğini görmek için yanıt verirken nöronların aktivitesini izleyebildiler.

Niell, “Optik lobdaki her konumun, hayvanın önündeki ekranda bir konuma yanıt verdiğini görebildik” dedi. “Bir noktayı hareket ettirirsek, tepki beyinde hareket etti.”

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

Dokunmanın iyi bilinen bir temsili, vücut bölümlerinin burada duyusal girdiyi işlemek için ayrılan beyin alanıyla orantılı olarak çizildiği bir çizgi film insan figürü olan homunculus’tur.

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

Ancak görsel sahne ile ahtapot beyni arasında düzenli bir bağlantı bulmak kesin olmaktan çok uzaktı. Oldukça karmaşık bir evrimsel yenilik ve sürüngenler gibi bazı hayvanlarda bu tür bir harita yok. Ayrıca, önceki çalışmalar ahtapotların vücutlarının farklı bölgeleri için homunculus benzeri bir haritaya sahip olmadığını öne sürmüştü.

Niell, “Görsel haritanın orada olabileceğini umduk, ancak daha önce kimse onu doğrudan gözlemlememişti,” dedi.

Araştırmacılar, ahtapot nöronlarının özellikle küçük ışık noktalarına ve büyük karanlık noktalara güçlü bir şekilde yanıt verdiğini belirtti – bu, insan görsel sisteminden belirgin bir fark. Niell’in ekibi bunun, ahtapotların gezinmesi gereken su altı ortamının belirli özelliklerinden kaynaklanabileceğini varsayıyor. Yaklaşan avcılar büyük koyu gölgeler olarak görünürken, yiyecek gibi yakın çekim nesneler küçük parlak noktalar olarak görünebilir.

Daha sonra, araştırmacılar, ahtapot beyninin, doğal ortamlarında gerçekten karşılaşılanlar 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 ahtapot beyninin derinliklerine kadar izlemektir.

Bu görsel nörobilim araştırma haberleri hakkında

Soyut

Ahtapot optik lobunda görsel tepkilerin işlevsel organizasyonu

Öne Çıkanlar

  • Kafadanbacaklı görsel sisteminin işlevsel organizasyonu büyük ölçüde bilinmemektedir.
  • Kalsiyum görüntüleme kullanarak, ahtapot optik lobunda görsel olarak uyarılmış tepkileri haritaladık
  • Mekansal olarak yerelleştirilmiş alıcı alanları retinotopik organizasyonla belirledik
  • ON ve OFF yolları farklıydı ve benzersiz boyut seçicilik özelliklerine sahipti

Özet

Kafadanbacaklılar, kamera tipi gözleri, büyük beyinleri ve görsel olarak yönlendirilen davranışlardan oluşan zengin bir repertuarı olan oldukça görsel hayvanlardır. Bununla birlikte, kafadan bacaklıların beyni, omurgalılar gibi görselliği yüksek diğer türlerin beyinlerinden bağımsız olarak evrimleşmiştir; bu nedenle, duyusal bilgiyi işleyen nöral devreler son derece farklıdır.

Kafadanbacaklı beyninde görsel tepkilerin doğrudan nöral ölçümleri olmadığından, güçlü ancak benzersiz görsel sistemlerinin nasıl çalıştığı büyük ölçüde bilinmemektedir.

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.

Işık (AÇIK) ve karanlık (KAPALI) uyaranlar için optik lob boyunca retinotopik olarak organize edilmiş, birçok türde paylaşılan görsel sistem organizasyonunun ayırt edici özelliğini gösteren, uzamsal olarak lokalize edilmiş alıcı alanlar bulduk.

Bu tepkilerin incelenmesi, OFF yolunun ortaya çıkışı ve artan boyut seçiciliği dahil olmak üzere optik lobun katmanları boyunca görsel temsilin dönüşümlerini ortaya çıkardı.

Ayrıca, bir su altı görsel sahnesini işlemenin özel taleplerine uyacak şekilde evrimleşmiş olabilecek form işleme için benzersiz devre mekanizmaları öneren AÇIK ve KAPALI uyaranların uzamsal işlenmesinde asimetriler belirledik.

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

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/octopus-vision-neuroscience-23522/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu