العيون الثماني: كشف رؤية الأخطبوط من خلال رسم الخرائط العصبية

ملخص: قام الباحثون برسم خريطة للنشاط العصبي في النظام البصري للأخطبوط ، والذي يكشف عن أوجه تشابه مذهلة مع البشر.

لاحظ الفريق الاستجابات العصبية للنقاط المضيئة والمظلمة ، وبالتالي رسم خريطة تشبه بنية الدماغ البشري. ومن المثير للاهتمام أن الأخطبوطات والبشر شاركوا آخر سلف مشترك منذ حوالي 500 مليون سنة ، مما يشير إلى التطور المستقل لمثل هذه الأنظمة البصرية المعقدة.

تساهم هذه النتائج بشكل كبير في فهمنا لرؤية رأسيات الأرجل وبنية الدماغ.

مفتاح الحقائق:

1. حوالي 70٪ من دماغ الأخطبوط مكرس للرؤية. هذا البحث هو الأول من نوعه لرسم خريطة للنشاط العصبي في نظامهم البصري ، مما يوفر رؤى حول كيفية إدراك هذه الكائنات البحرية لعالمها.
2. على الرغم من وجود سلف مشترك منذ 500 مليون سنة ، طور الأخطبوط والبشر خرائط عصبية مماثلة للإدراك البصري.
3. وجدت الدراسة أن عصبونات الأخطبوط تستجيب بقوة لبقع الضوء الصغيرة والبقع الداكنة الكبيرة ، والتي تختلف عن الجهاز البصري البشري. قد يكون هذا بسبب خصائص البيئة تحت الماء.

مصدر: جامعة أوريغون

يخصص الأخطبوط 70٪ من دماغه للرؤية. ولكن حتى وقت قريب ، لم يكن لدى العلماء سوى فهم ضعيف لكيفية رؤية هذه الحيوانات البحرية لعالمهم تحت الماء. تركز دراسة جديدة من جامعة أوريغون على رؤية الأخطبوط.

لأول مرة ، سجل علماء الأعصاب نشاطًا عصبيًا من النظام البصري للأخطبوط. قاموا برسم خريطة المجال البصري للأخطبوط من خلال مراقبة النشاط العصبي في دماغ الحيوان مباشرة استجابةً للبقع المضيئة والمظلمة في مواقع مختلفة.

تبدو خريطة النشاط العصبي في الجهاز البصري للأخطبوط مثل تلك الموجودة في دماغ الإنسان – على الرغم من مشاركة الأخطبوطات والبشر في سلف مشترك آخر قبل 500 مليون سنة ، طورت الأخطبوطات أنظمتها العصبية المعقدة بشكل مستقل.

قام عالم الأعصاب كريستوفر نيل وفريقه بالإبلاغ عن النتائج التي توصلوا إليها في ورقة نُشرت في 20 يونيو. علم الأحياء الحالي.

وقال نيل: “لم يسجل أحد بالفعل من النظام البصري المركزي لرأسي الأرجل من قبل”. لا تُستخدم الأخطبوطات ورأسيات الأرجل الأخرى عادةً كنماذج لفهم الرؤية ، لكن فريق نيل مفتون بأدمغتهم غير العادية.

في مقال نشر العام الماضي علم الأحياء الحالي، حدد المختبر أنواعًا مختلفة من الخلايا العصبية في الفص البصري للأخطبوط ، وهو جزء من الدماغ مخصص للرؤية. قال نيل: “توفر هذه الأوراق معًا أساسًا جيدًا من خلال توضيح الأنواع المختلفة من الخلايا العصبية وما تستجيب له – جانبان أساسيان نريد معرفتهما لبدء فهم نظام بصري جديد”.

في الدراسة الجديدة ، قاس الباحثون كيف تستجيب الخلايا العصبية في النظام البصري للأخطبوط لتحريك النقاط المظلمة والخفيفة على الشاشة. باستخدام الفحص المجهري الفلوريسنت ، يمكن للباحثين مشاهدة نشاط الخلايا العصبية أثناء استجابتها لمعرفة كيف تتصرف الخلايا العصبية بشكل مختلف اعتمادًا على مكان ظهور النقاط.

قال نيل: “تمكنا من رؤية أن كل موقع في الفص البصري استجاب لموقع على الشاشة أمام الحيوان”. “إذا انتقلنا إلى مكان واحد ، فإن الاستجابة تتحرك في الدماغ.”

تم العثور على هذا النوع من رسم الخرائط الفردية في دماغ الإنسان للعديد من الحواس ، مثل الرؤية واللمس. ربط علماء الأعصاب موقع أحاسيس معينة بنقاط محددة في الدماغ.

تمثيل معروف للمس هو homunculus ، وهو شخصية بشرية كرتونية تُرسم فيها أجزاء الجسم بما يتناسب مع مقدار مساحة الدماغ المخصصة لمعالجة المدخلات الحسية.

تظهر المناطق شديدة الحساسية مثل أصابع اليدين والقدمين بحجم أكبر نظرًا لوجود الكثير من مدخلات الدماغ من أجزاء الجسم هذه ، في حين أن المناطق الأقل حساسية تكون أصغر بكثير.

لكن العثور على اتصال منظم بين العرض المرئي ودماغ الأخطبوط ليس بالأمر المعطى. هذا اكتشاف تطوري معقد للغاية وبعض الحيوانات مثل الزواحف لا تملك هذا النوع من الخرائط. أيضًا ، أشارت الدراسات السابقة إلى أن الأخطبوطات لا تمتلك خرائط تشبه الهومونكولوس لأجزاء مختلفة من أجسامها.

وقال نيل: “اعتقدنا أنه قد تكون هناك خريطة مرئية ، لكن لم يلاحظها أحد بشكل مباشر من قبل”.

لاحظ الباحثون أن الخلايا العصبية الأخطبوطية استجابت بقوة بشكل خاص للنقاط الخفيفة الصغيرة والنقاط المظلمة الكبيرة – وهو اختلاف واضح عن النظام البصري البشري. يفترض فريق نيل أن هذا قد يكون بسبب الخصائص المحددة للبيئة تحت الماء التي يجب أن تتنقلها الأخطبوطات. يمكن أن تظهر الحيوانات المفترسة التي تلوح في الأفق كظلال داكنة كبيرة ، بينما تظهر الكائنات القريبة مثل الطعام على شكل نقاط مضيئة صغيرة.

بعد ذلك ، يأمل الباحثون في فهم كيفية استجابة دماغ الأخطبوط للصور المعقدة التي يصادفها بالفعل في بيئته الطبيعية. هدفهم النهائي هو تتبع مسار هذه المدخلات البصرية في عمق دماغ الأخطبوط ، لفهم كيف يرى الأخطبوط عالمه ويتفاعل معه.

حول هذا البحث في علم الأعصاب المرئي الأخبار

مؤلف: مولي بلانشيت
مصدر: جامعة أوريغون
اتصال: مولي بلانشيت – جامعة أوريغون
صورة: الفيلم يعود الفضل فيه إلى Neuronews

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“التنظيم الوظيفي للاستجابات البصرية في الفص البصري للأخطبوطكريستوفر نيل وآخرون. علم الأحياء الحالي

ملخص

التنظيم الوظيفي للاستجابات البصرية في الفص البصري للأخطبوط

يسلط الضوء

• التنظيم الوظيفي للنظام البصري رأسيات الأرجل غير معروف إلى حد كبير
• باستخدام تصوير الكالسيوم ، قمنا بتعيين الاستجابات المرئية في الفص البصري للأخطبوط.
• حددنا الحقول الاستقبالية المترجمة مكانيًا مع تنظيم الشبكية
• كان المساران ON و OFF متميزان ولهما خصائص فريدة انتقائية للجرعة

ملخص

رأسيات الأرجل هي حيوانات بصرية عالية مع عيون من نوع الكاميرا ، وأدمغة كبيرة ، وذخيرة غنية من السلوكيات الموجهة بصريًا. ومع ذلك ، فإن دماغ رأسيات الأرجل تطور بشكل مستقل عن الأنواع البصرية الأخرى مثل الفقاريات. وبالتالي ، فإن الدوائر العصبية التي تعالج المعلومات الحسية مختلفة تمامًا.

نظرًا لعدم وجود قياسات عصبية مباشرة للاستجابات البصرية في دماغ رأسيات الأرجل ، فإن كيفية عمل نظامها البصري القوي والفريد من نوعه غير معروف إلى حد كبير.

في هذه الدراسة ، استخدمنا تصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون لتسجيل الاستجابات المستحثة بصريًا في الفص البصري ، مركز المعالجة البصرية الأساسي لدماغ الأخطبوط المركزي ، لتحديد كيفية تمثيل وتنظيم السمات الأساسية للمشهد البصري.

وجدنا مجالات استقبال موضعية مكانيًا للضوء (مضاء) ومحفزات داكنة (مطفأة) تم تنظيمها بشكل شبكي عبر الفص البصري ، مما يدل على السمة المميزة لتنظيم النظام البصري المشترك عبر العديد من الأنواع.

كشف فحص هذه الاستجابات عن تغييرات في التمثيل المرئي عبر طبقات الفص البصري ، بما في ذلك ظهور مسار OFF وزيادة انتقائية الحجم.

وجدنا عدم تناسق في المعالجة المكانية لمحفزات التشغيل والإيقاف ، مما يشير إلى آليات دائرة متميزة لمعالجة النموذج التي ربما تكون قد تطورت لتلبية المتطلبات المحددة لمعالجة المشهد المرئي تحت الماء.

تقدم هذه الدراسة نظرة ثاقبة للمعالجة العصبية والتنظيم الوظيفي للنظام البصري للأخطبوط ، وتسلط الضوء على الميزات المشتركة والفريدة من نوعها ، وتضع الأساس للدراسات المستقبلية للدوائر العصبية التي تتوسط في المعالجة البصرية والسلوك في رأسيات الأرجل.