Het ontraadselen van visie: Optische illusies verlichten neurale paden

Een baanbrekende studie toont aan dat muizen neongekleurde spreidingsillusies waarnemen, waardoor ons begrip van visuele verwerking wordt verbeterd. Credits: SciTechDaily.com

Voor het eerst toont onderzoek aan dat een bepaald soort visuele illusie, neongekleurde verspreiding, werkt op muizen. De studie is ook de eerste die het gebruik van twee onderzoekstechnieken, elektrofysiologie en optogenetica, combineert om deze illusie te bestuderen. Resultaten van experimenten op muizen beëindigen een langlopend debat in de neurowetenschappen over welke niveaus van neuronen in de hersenen verantwoordelijk zijn voor de perceptie van helderheid.

We zijn allemaal bekend met optische illusies; sommige zijn nieuwigheden, andere bevinden zich overal om ons heen. Zelfs als je naar het scherm voor je kijkt, word je voor de gek gehouden om te denken dat je de kleur wit ziet. Wat je echt ziet, zijn veel rode, groene en blauwe elementen die zo dicht bij elkaar zijn verpakt dat ze de indruk geven wit te zijn. Een ander voorbeeld is een snel draaiend wiel of propeller, dat soms even lijkt te keren terwijl het versnelt tot volle snelheid.

Hoe dan ook, het zal misschien verrassend zijn te weten dat optische illusies niet alleen leuk zijn om naar te kijken, maar ook een nuttig hulpmiddel kunnen zijn om meer te leren over ogen, zenuwen, geesten en hersenen.

Wat zie je? Dit is een klassieke neonkleurige verspreidingsillusie en is niet dezelfde als degene die gebruikt is in deze experimenten. De kans is groot dat je hier naar kunt kijken en in eerste instantie een lichtblauwe cirkel ziet die een licht contrast vormt met de verder witte achtergrond. Maar in werkelijkheid is de achtergrond volledig wit; het is alsof het blauw van de blauwe gedeelten van de zwarte filamenten in de cirkel bloedt die geïmpliceerd is door de uiteinden van de blauwe lijnen. Credits: Wikimedia/blebspot, bewerkt

Universitair hoofddocent Masataka Watanabe van de afdeling Systems Innovation aan de Universiteit van Tokio is op een missie om meer te leren over de aard van bewustzijn. Het is een groot onderwerp, dus natuurlijk zijn er veel manieren om het te verkennen, en onder andere gebruikt hij optische illusies. Zijn meest recente onderzoek keek of een bepaalde soort illusie die op mensen werkt, ook zou werken op muizen. En dat blijkt zo te zijn. Maar waarom is dit belangrijk?

“Weten dat dit soort illusie, een neongekleurde spreidingsillusie, zowel bij muizen als mensen werkt, is nuttig voor neurowetenschappers zoals ik, omdat dit betekent dat muizen nuttige proefpersonen kunnen zijn in gevallen waar mensen dat niet kunnen,” zei Watanabe. “Om echt te begrijpen wat er in de hersenen gebeurt tijdens perceptuele ervaringen, moeten we bepaalde methoden gebruiken die we niet op mensen kunnen gebruiken. Dit zijn onder andere elektrofysiologie, het registreren van neurale activiteit met elektroden, en optogenetica, waarbij lichtpulsen het vuren van specifieke neuronen in een levend brein mogelijk maken of uitschakelen."

Het experiment van Watanabe was het eerste in zijn soort dat zowel elektrofysiologie als optogenetica tegelijk gebruikte bij proefdieren die werden blootgesteld aan de neon-kleurenverspreidingsillusie, waardoor zijn team precies kon zien welke structuren in de hersenen verantwoordelijk zijn voor het verwerken van de illusie.

“Nadat een visuele stimulus op het oog landt, wordt deze via de zenuwen naar de hersenen gedragen en vervolgens ontvangen door een reeks lagen van neuronen genaamd V1, V2, enzovoort, waarbij V1 de eerste en meest elementaire laag is, en V2 en hoger worden beschouwd als hogere lagen,” zei Watanabe.

“Er is een langlopend debat in de neurowetenschappen over de rol die hogere niveaus spelen in de perceptie van helderheid, en het was geen gemakkelijk onderwerp om te bestuderen. Ons experiment op muizen heeft ons getoond dat neuronen in V1 niet alleen reageerden op de illusie, maar ook op een niet-illusoire versie van hetzelfde soort patroon dat getoond werd. Maar alleen toen de illusoire versie aan de muizen werd getoond speelden neuronen in V2 ook een cruciale rol: dat van het moduleren van de activiteit van neuronen in V1, waardoor wordt bewezen dat V2 neuronen in feite een rol spelen bij de perceptie van helderheid."

Dit experiment heeft aangetoond dat muismodellen effectief kunnen zijn op dit gebied van de neurowetenschappen. Watanabe hoopt dat dit slechts het begin is en dat dit soort experimenten zal helpen bij zijn grote doel om het neurale mechanisme van het bewustzijn te verduidelijken.

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