Восемь глаз: раскрытие зрения осьминога с помощью нейронных карт

краткое содержание: Исследователи нанесли на карту нейронную активность в зрительной системе осьминога, выявив поразительное сходство с людьми.

Команда наблюдала за нейронными реакциями на яркие и темные точки, таким образом сопоставляя то, что напоминает организацию человеческого мозга. Интересно, что у осьминогов и людей был последний общий предок около 500 миллионов лет назад, что предполагает независимую эволюцию таких сложных зрительных систем.

Эти результаты вносят значительный вклад в наше понимание зрения головоногих и структуры мозга.

Ключевые факты:

1. Около 70% мозга осьминога предназначено для зрения. Это исследование является первым в своем роде, в котором картируется нейронная активность их зрительной системы, что дает представление о том, как эти морские существа воспринимают свой мир.
2. Несмотря на наличие общего предка 500 миллионов лет назад, осьминоги и люди развили схожие нейронные карты для визуального восприятия.
3. Исследование показало, что нейроны осьминога сильно реагируют на маленькие светлые пятна и большие темные пятна, которые отличаются от зрительной системы человека. Вероятно, это связано с особенностями подводной среды.

источник: Орегонский университет

Осьминог посвящает около 70 процентов своего мозга зрению. Но до недавнего времени у ученых было лишь смутное представление о том, как эти морские животные видят свой подводный мир. Новое исследование Университета Орегона проливает свет на точку зрения осьминогов.

Впервые нейробиологи зафиксировали нейронную активность зрительной системы осьминога. Они создали карту поля зрения осьминога, непосредственно наблюдая нейронную активность в мозгу животного в ответ на светлые и темные пятна в разных местах.

Эта карта нейронной активности в зрительной системе осьминога очень похожа на то, что мы видим в человеческом мозгу — хотя осьминоги и люди имели общего предка около 500 миллионов лет назад, осьминоги развили свои сложные нервные системы независимо.

Нейробиолог Кристофер Нил и его команда сообщают о своих выводах в статье, опубликованной 20 июня в журнале Neuroscientist Christopher Neale. Текущая биология.

«Никто раньше не делал записей из центральной зрительной системы головоногих моллюсков, — сказал Нил. Осьминоги и другие головоногие обычно не используются в качестве моделей для понимания зрения, но команда Нила заинтригована их необычным мозгом.

В соответствующей статье, опубликованной в прошлом году в Текущая биологияЛаборатория идентифицировала различные классы нейронов в оптической доле осьминога, части мозга, отвечающей за зрение. «Вместе эти документы обеспечивают хорошую основу, показывая различные типы нейронов и то, на что они реагируют — два ключевых аспекта, которые мы хотим знать, чтобы начать понимать новую зрительную систему», — сказал Нил.

В новом исследовании исследователи измерили, как нейроны в зрительной системе осьминога реагируют на темные и светлые пятна, движущиеся по экрану. Используя флуоресцентную микроскопию, исследователи могут наблюдать за активностью нейронов, когда они реагируют, чтобы увидеть, как нейроны реагируют по-разному в зависимости от того, где появляются пятна.

«Мы смогли увидеть, что каждый участок в оптической доле реагирует на одно место на экране перед животным», — сказал Нил. «Если мы куда-то движемся, реакция движется в мозгу».

Этот тип индивидуальных карт находится в человеческом мозгу для нескольких чувств, таких как зрение и осязание. Нейробиологи связали расположение определенных ощущений с определенными участками мозга.

Хорошо известным представлением осязания является гомункул, мультяшная человеческая фигура, в которой части тела нарисованы пропорционально объему мозгового пространства, предназначенному для обработки сенсорной информации.

Очень чувствительные участки, такие как пальцы рук и ног, кажутся огромными, потому что от этих частей тела поступает большая часть мозгового сигнала, в то время как менее чувствительные участки намного меньше.

Но найти упорядоченную связь между зрительной сценой и мозгом осьминога было далеко не так. Это довольно сложное эволюционное новшество, и некоторые животные, такие как рептилии, не имеют такого типа карты. Кроме того, предыдущие исследования показали, что у осьминогов нет гомункулоподобной карты различных частей тела.

«Мы надеялись, что визуальная карта была там, но раньше никто не замечал ее», — сказал Нил.

Исследователи также отметили, что нейроны осьминога особенно сильно реагировали на маленькие светлые пятна и большие темные пятна — заметное отличие от зрительной системы человека. Команда Нила предполагает, что это может быть связано с особыми характеристиками подводной среды, в которой должны ориентироваться осьминоги. Надвигающиеся хищники могут казаться большими темными тенями, а близлежащие объекты, такие как пища, могут казаться маленькими яркими пятнами.

Затем исследователи надеются понять, как мозг осьминога реагирует на более сложные образы, например те, которые уже присутствуют в их естественной среде. Их конечная цель — проследить пути этих визуальных сигналов глубже в мозг осьминога, чтобы понять, как осьминог видит окружающий мир и взаимодействует с ним.

Об этом исследовании в Visual Neuroscience News

автор: Молли Блансетт
источник: Орегонский университет
коммуникация: Молли Блансетт — Орегонский университет
картина: Изображение предоставлено Neuroscience News

Исходный поиск: открытый доступ.
«Функциональная регуляция зрительных реакций в зрительной доле осьминогаНаписано Кристофером Нилом и др. Текущая биология

Резюме

Функциональная регуляция зрительных реакций в зрительной доле осьминога

Основные моменты

• Функциональная организация зрительной системы головоногих в значительной степени неизвестна.
• Используя визуализацию кальция, мы нанесли на карту зрительные реакции в оптической доле осьминога.
• Мы идентифицировали пространственно локализованные рецептивные поля с организацией сетчатки.
• Пути включения и выключения были разными и обладали уникальными избирательными свойствами по размеру.

краткое содержание

Головоногие — это высокозрительные животные с глазами-камерами, большим мозгом и богатым репертуаром зрительного поведения. Однако мозг головоногих эволюционировал независимо от мозга других видов с высоким зрением, таких как позвоночные. Следовательно, нейронные цепи, обрабатывающие сенсорную информацию, очень разные.

В значительной степени неизвестно, как работает их уникальная мощная зрительная система, поскольку прямых неврологических измерений зрительных реакций в мозге головоногих не проводилось.

В этом исследовании мы использовали двухфотонную визуализацию кальция для регистрации зрительно вызванных ответов в первичном центре обработки изображений центрального мозга осьминога, зрительной доле, чтобы определить, как представлены и организованы основные особенности визуальной сцены.

Мы обнаружили пространственно локализованные рецептивные домены световых (ВКЛ) и темновых (ВЫКЛ) стимулов, которые были организованы в сетчатке поперек оптической доли, демонстрируя отличительный признак организации зрительной системы, характерный для многих видов.

Изучение этих ответов выявило сдвиги в визуальном представлении по слоям зрительной доли, включая появление пути OFF и повышенную селективность по размеру.

Мы также выявили асимметрию в пространственной обработке включенных и выключенных стимулов, что предполагает уникальные механизмы схемы для обработки моделей, которые, возможно, развились в соответствии с конкретными требованиями обработки подводной визуальной сцены.

Это исследование дает представление о нейронной обработке и функциональной организации зрительной системы осьминогов, выделяя как общие, так и уникальные аспекты, и закладывает основу для будущих исследований нейронных цепей, опосредующих визуальную обработку и поведение у головоногих.