Demistificazione della Visione: Le Illusioni Ottiche Illuminano i Percorsi Neurali

Uno studio rivoluzionario mostra come i topi percepiscano le illusioni di diffusione del colore neon, migliorando la nostra comprensione della elaborazione visiva. Credit: SciTechDaily.com

Per la prima volta, la ricerca mostra che un certo tipo di illusione visiva, la diffusione del colore neon, funziona sui topi. Lo studio è anche il primo a combinare l'uso di due tecniche investigative chiamate elettrofisiologia e optogenetica per studiare questa illusione. I risultati degli esperimenti sui topi risolvono un lungo dibattito nella neuroscienza su quali livelli di neuroni nel cervello siano responsabili per la percezione della luminosità.

Tutti conosciamo le illusioni ottiche; alcune sono novità, mentre altre sono tutto intorno a noi. Anche mentre guardi lo schermo davanti a te, vieni ingannato nel pensare che stai vedendo il colore bianco. Quello che stai davvero vedendo sono molti elementi rossi, verdi e blu impacchettati così strettamente insieme che danno l'impressione di essere bianco. Un altro esempio è una ruota o un'elica in rapida rotazione, che può sembrare brevemente che stia invertendo la direzione mentre si sta accelerando alla massima velocità.

In ogni caso, potrebbe essere sorprendente sapere che le illusioni ottiche non sono solo divertenti da guardare, ma possono anche essere uno strumento utile per saperne di più su occhi, nervi, menti e cervelli.

Cosa vedi? Questa è un'illustrazione classica dell'illusione della diffusione del colore neon e non è la stessa utilizzata in questi esperimenti. Probabilmente puoi dare un'occhiata a questo e inizialmente vedere un cerchio azzurro chiaro in leggero contrasto con lo sfondo altrimenti bianco. Ma in realtà, lo sfondo è completamente bianco; è come se il blu proveniente dalle sezioni blu dei filamenti neri sanguinasse nel cerchio implicato dalle estremità delle linee azzurre. Credit: Wikimedia/blebspot, editato

L'associate professor Masataka Watanabe del Dipartimento di Innovazione dei Sistemi dell'Università di Tokyo è in una missione per capire di più sulla natura della coscienza. È un vasto argomento, quindi naturalmente ci sono molti modi per esplorarlo, e tra le altre cose, usa le illusioni ottiche. La sua ricerca più recente ha esaminato se un certo tipo di illusione che funziona sugli esseri umani funzionerebbe anche sui topi. E si scopre, funziona. Ma perché è così importante?

"Sapere che questo tipo di illusione, chiamata illusione della diffusione del colore neon, funziona sui topi così come sugli esseri umani, è utile per i neuroscienziati come me, poiché significa che i topi possono servire come soggetti di test utili per casi in cui gli esseri umani non possono," ha detto Watanabe. "Per capire davvero cosa succede dentro il cervello durante le esperienze percettive, dobbiamo usare certi metodi che non possiamo usare sulle persone. Questi includono l'elettrofisiologia, la registrazione dell'attività neuronale con elettrodi, e l'optogenetica, dove impulsi di luce abilitano o disabilitano il fuoco di neuroni specifici in un cervello vivente."

L'esperimento di Watanabe è stato il primo del suo genere ad utilizzare sia l'elettrofisiologia che l'optogenetica contemporaneamente in soggetti animali sottoposti all'illusione della diffusione del colore neon, il che ha permesso al suo team di vedere esattamente quali strutture all'interno del cervello sono responsabili dell'elaborazione dell'illusione.

"Dopo che uno stimolo visivo arriva sull'occhio, viene trasportato al cervello dai nervi ed è poi ricevuto da una serie di strati di neuroni chiamati V1, V2, e così via, dove V1 è il primo e più basilare strato, e V2 e superiori sono considerati strati superiori," ha detto Watanabe.

"C'è un lungo dibattito nella neuroscienza sul ruolo che i livelli superiori giocano nella percezione della luminosità e non era una cosa semplice da studiare. Il nostro esperimento sui topi ci ha mostrato che i neuroni nel V1 rispondevano non solo all'illusione, ma anche a una versione non illusoria dello stesso tipo di modello mostrato. Ma solo quando la versione illusoria veniva mostrata ai topi i neuroni nel V2 svolgevano anche un ruolo cruciale: quello di modulare l'attività dei neuroni nel V1, dimostrando quindi che i neuroni nel V2 giocano effettivamente un ruolo nella percezione della luminosità."

Questo esperimento ha dimostrato che i modelli di topi possono essere efficaci in questo settore della neuroscienza. Watanabe spera che questo sia solo l'inizio e che tali esperimenti aiuteranno a raggiungere il suo grande obiettivo di chiarire il meccanismo neurale della coscienza.

Riferimento: "Brightness illusions drive a neuronal response in the primary visual cortex under top-down modulation" di Alireza Saeedi, Kun Wang, Ghazaleh Nikpourian, Andreas Bartels, Nikos K. Logothetis, Nelson K. Totah e Masataka Watanabe, 23 aprile 2024, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-024-46885-6