Kā strādā par redzi saistītie neironi?


Izrādās, ka mazāk nekā 10 procenti neironu peles vizuālajā sistēmā uzvedas tā, kā zinātnieki līdz šim uzskatījuši un pieņēmuši.

Pētījumā par gandrīz 60 000 neironu aktivitātes datiem peļu vizuālajā sistēmā nojaušams, cik tāls ceļš vēl ejams, lai saprastu, kā smadzenes strādā. Žurnālā Nature Neuroscience lasāms, ka vairāk nekā 90% neironu vizuālajā garozā, smadzeņu daļā, kas apstrādā mūsu vizuālo pasauli, darbojas citādi, kā zinātnieki līdz šim uzskatījuši, un vēl nav skaidrs, kā tieši.


“Mēs līdz šim uzskatījām, ka pastāv vienkārši principi, saskaņā ar kuriem šie neironi apstrādā vizuālo informāciju, un šie principi ir publicēti visās mācību grāmatās,” saka Kristofs Kočs (Kristof Koch), galvenais zinātnieks šajā pētījumā un smadzeņu pētnieks. “Bet ar mūsdienu pētniecības metodēm, kad mēs uzreiz varam apskatīt desmitiem tūkstošu šūnu, mēs iegūstam smalkāku un sarežģītāku ainu.”


Pirms gandrīz 60 gadiem divi neirozinātnieki Deivids Hubels (David Hubel) un Torstens Vifilss (Torsten Wiesel) veica novatoriskus atklājumus par to, kā zīdītāju smadzenes uztver vizuālo pasauli ap mums. Viņi atklāja arī atsevišķus neironus, kas “ieslēdzas”, tikai reaģējot uz ļoti specifiskiem vizuāliem stimuliem.


Hubels un Vifilss izdarīja savus atklājumus, rādot kaķiem un pērtiķiem vienkāršus attēlus, piemēram, melnu joslu vai punktu uz balta fona. Vispārīgais princips, ko viņi atklāja, nosaka, ka, dzīvai būtnei aplūkojot pasauli sev apkārt, konkrēti neironi smadzenēs ir atbildīgi par precīzu daļu atpazīšanu konkrētā šīs ainas reģionā, un atpazīšana kļūst specializētāka un precīzāka attīstītākajās smadzeņu daļās.


Kā tas strādā? Pieņemsim, ka atrodaties parkā. Noteikts neironu kopums nodrošinās ātru elektrisko reakciju uz tumšu koka zaru tieši jūsu redzes lokā. Citi neironi “ieslēdzas” tikai tad, ja, piemēram, putns lido pāri redzes laukam no kreisās uz labo pusi. Tad smadzenes saliek kopā informāciju no “koka zaru” un “kustīgu putnu” fiksējošajiem neironiem, lai iegūtu pilnīgu priekšstatu par pasauli, kas ir ap cilvēku. Pamatā tā arī ir teorijas būtība.

Hubela un Vilfilsa atklājumi tika godalgoti ar Nobela prēmiju. Tie ir pamatā lielākajai daļai datora lietojumprogrammu.


Taču pēdējo desmit gadu laikā, izmantojot jaunas neirozinātnes metodes, kas ļauj vienlaicīgi pētīt arvien vairāk smadzeņu šūnu, zinātnieki ir sapratuši, ka šis modelis, visticamāk, ir tikai daļa patiesības, un nav skaidrs, cik lielā mērā tieši šī teorija ir nepilnīga.


Smadzeņu aktivitātes mainība


Jaunajos pētījumos pētnieki analizēja gandrīz 60 000 dažādu neironu aktivitāti garozas vizuālajās daļās.


1950. un 60. gadu neirozinātnes pētījumi bija kā zvejas ekspedīcijas - pētnieki ar vienu elektrodu “medīja”, līdz atrada neironu, kas reaģēja uz noteiktu tēlu. Tas ir tāpat kā mēģināt noskatīties filmu, izmantojot tikai dažas epizodes.


Ar mūsdienu analīzi atklāts, ka mazāk nekā 10% no 60 000 neironiem reaģēja saskaņā ar teoriju, kas lasāma mācību grāmatās. Turklāt trešdaļa neironu, lai gan rādīja zināmu aktivitāti, tomēr tā nebija pilnvērtīga attiecībā ne uz vienu no pētījuma vizuālajiem stimuliem – līdz ar to nav skaidrs, ko šie neironi dara, saka pētnieki.


 “Nav tā, ka visi iepriekšējie pētījumi bijuši kļūdaini. Izrādās, ka peles vizuālā garoza ir daudz sarežģītāka un bagātāka, nekā mēs iepriekš domājām, un mums priekšā vēl daudz pētnieciska darba, lai mēs varētu skaidri pateikt, kā tieši neironi apstrādā vizuālu informāciju,” saka pētnieki.

Avots: Allen Institute