Sinirbilimciler vizyonu incelemek için daha doğal yollar buluyor

Yıllar boyunca, sinirbilim deneyleri dikkatle kontrol edilen koşullara bağlıydı. Fareler serbestçe koşturmak yerine küçük koşu bantlarında yerinde koşar. Ya da vahşi doğadaki davranışlarını taklit etmeyen, ölçülmesi kolay görevleri yapmak için titizlikle eğitilmişlerdir. İnsan deneylerinde bile, insanlar bir fMRI makinesinin içinde hareketsizce oturur ve ekrandaki görüntülere bakarlar.

Bu tür deneyler, bilim adamlarına beynin nasıl çalıştığına dair sağlam bir temel anlayış kazandırdı. Ama aynı zamanda görünüşte basit davranışları bile gerçekleştirmenin karmaşıklığını ortadan kaldırırlar. Bilim adamları, görsel sistemimizin, dağınık bir masada kalem bulmak veya kayalık bir patikada koşmak gibi günlük eylemleri gerçekleştirmemize nasıl izin verdiğini hala anlamıyorlar.

Teknoloji geliştikçe, sinirbilimciler artık geleneksel deneylerin sınırlarını zorluyor ve beyni daha doğal yollarla inceliyorlar. UO sinirbilimci Cris Niell, bu büyüyen hareketin bir parçası. Yakın tarihli iki makalede, ekibi, hayvanların laboratuvarın ötesinde dünyada gezinme şeklini daha gerçekçi bir şekilde temsil eden fare vizyonunu incelemek için yollar geliştirdi.

Niell, “Görü bir bilgisayar ekranındaki bir göz muayenesi veya Zoom toplantıları gibi düşünmek yerine, hareket ettiğimiz ve insanlarla ve nesnelerle etkileşime girdiğimiz gerçek, üç boyutlu dünyada vizyonun nasıl çalıştığını incelemeye çalışıyoruz.” Dedi.

Dergide yayınlanan ilk yazıda e-hayat, Niell’in ekibi farelerin mesafeyi nasıl değerlendirdiğini değerlendirdi. Büyük bir boşlukta iki platform arasında atlamak için hayvanlara meydan okuyorlar. Platformların uzaklıkları birbirinden farklıydı, bu yüzden farelerin her atlama için durumu incelemesi ve ne kadar dramatik bir sıçramaya hazırlanmaları gerektiğine karar vermesi gerekiyordu.

Araştırmacılar, hayvanların yalnızca dürbün görsel ipuçlarına güvenmediğini buldu. Fareler, bir gözü kapalıyken hala sıçrama yapabilir, bu da iki göz arasındaki, insanların derinliği algılamasına yardımcı olan küçük görüntü farkını ortadan kaldırır. Bunun yerine, Niell’in ekibi, farelerin hareket paralaksı adı verilen bir fenomenden yararlanmış olabileceğini düşünüyor: uzaktaki nesnelerin yakındakilerden daha yavaş hareket etmesi etkisi.

Bir gözü kapalı olan farelerin, kitap rafının tepesine atlayıp atlamamaya çalışan bir kedi gibi, başlarını yukarı ve aşağı hareket ettirerek boşluğu keşfetmek için daha fazla zaman harcadıklarını fark ettiler. Araştırmacılar, baş hareketleri, farelerin binoküler derinlik ipuçlarının yokluğunda mesafeyi yargılamak için hareket paralaksını kullanmasına izin veriyor. Bir hayvanın kafasının yerinde tutulduğu daha kontrollü bir deney düzeneği bu nüansı yakalayamazdı.

Niell’in laboratuvarında eski bir doktora sonrası araştırmacı olan Phil Parker, “Farelerin görsel yetenekleri hakkında çok fazla şüphe var ve bence şimdiye kadarki araştırmaların çoğu dürbün görme üzerine odaklandı çünkü bu bizim çok ilgili olduğumuz bir şey” dedi. deneyleri yönetti ve şimdi Rutgers Üniversitesi’nde kendi laboratuvarını kuruyor. “Ancak performanslarını iki koşul üzerinden karşılaştırırsanız, performanslarını kaybetmemeleri, bu (monoküler) ipuçlarının güçlü olduğunu gösterir.”

Yayınlanan ikinci bir makalede, NöronEkip, büyük bir arenayı keşfederken farelerin beyin aktivitelerini kaydeden bir sistem tasarladı. Farelere, küçük bir GoPro gibi, başa takılan bir kamera yerleştirdiler. Kamera, hem farenin gözünü hem de görüş alanını kaydederken, elektrotlar aynı anda beyin aktivitesini yakaladı.

Ardından araştırmacılar, elektrotlardan gelen kayıtları farenin hareketi ve göz konumlandırmasıyla senkronize etmek için bir makine öğrenme aracı geliştirdi. Farenin neye baktığını ve beyninin her an nasıl tepki verdiğini belirleyebilirler.

Bu deney, sinirsel aktiviteyi görsel bir sahneye çevirmenin karmaşıklığından faydalanmalarını sağladı. Makine öğrenimi analizinin geliştirilmesine öncülük eden yüksek lisans öğrencisi Elliott Abe, fare için “sinirsel aktivite sadece gördüğünüz şeye değil, aynı zamanda nereye baktığınıza da bağlıdır” dedi.

Yani, beyin hem göz pozisyonunda hem de kafa pozisyonunda etkilidir, bu nedenle aynı nesneyi doğrudan önünüzde görmeye verilen sinirsel tepki, onu görmek için sola veya sağa bakmanız gerektiğindeki tepkiden farklıdır. Davranışsal araştırmayı sinirsel kayıtla birleştirmek, araştırmacıların bu farklı sinyal türlerinin beyinde nasıl birleştiğini daha iyi anlamalarını sağlar.

Niell’in ekibi, fareler üzerinde gelecekte yapacakları çalışmalarda, insan beyni için de olası içgörülerle birlikte, iki çalışmadan elde edilen teknikleri ve bulguları geliştirmeyi planlıyor.

“Bence bu yön hakkında gerçekten harika olan şey, hayvana insan merkezli davranışlar ve görevler dayatmak yerine fareyi farenin ne olduğu için incelemeye çalışmak, aslında sinirbilimi insanlarla yapabileceğimizden daha fazla ilişkilendirmemize izin vermesidir. önce,” dedi Parker.

Tüm hayvanların beyinlerinin, bir şeyin ne kadar uzakta olduğunu bulmak gibi benzer zorlukları çözmesi gerektiğinden, bunu farenin doğal davranışında incelemek, araştırmacıların, insanların da doğal olarak yaptığı şeyleri genelleştirmelerine olanak tanır.

Niell ve meslektaşlarının yakın tarihli bir inceleme makalesinde yazdığı gibi Güncel Biyoloji, “doğal davranış beynin dilidir.” Ve tipik laboratuvar deneylerinin aksine, beyin bunu yapmak için evrimleşmiştir. Bu nedenle doğal davranışlar, insanlarda da dahil olmak üzere hayvanlar aleminde vizyonun nasıl çalıştığını anlamak için bir tür Rosetta taşı sağlayabilir.

---