Demistyfikacja Widzenia: Optyczne Iluzje Oświetlają Neuronalne Ścieżki

Pionierskie badanie pokazuje, że myszy postrzegają iluzje rozprzestrzeniania się koloru neonowego, co zwiększa nasze zrozumienie procesu przetwarzania obrazów. Źródło: SciTechDaily.com

Po raz pierwszy, badania pokazują, że pewien rodzaj iluzji wzrokowej, rozprzestrzenianie koloru neonowego, działa na myszach. Badanie to jest również pierwszym, które łączy użycie dwóch technik badawczych zwanych elektrofizjologią i optogenetyką do badania tej iluzji. Wyniki eksperymentów na myszach rozstrzygają długotrwałą debatę w neurologii na temat tego, które poziomy neuronów w mózgu są odpowiedzialne za postrzeganie jasności.

Wszyscy jesteśmy zaznajomieni z iluzjami optycznymi; niektóre z nich są nowościami, podczas gdy niektóre otaczają nas ze wszystkich stron. Nawet patrząc na ekran przed sobą, jesteś oszukiwany, myśląc, że widzisz kolor biały. Tym, co naprawdę widzisz, jest dużo elementów czerwonych, zielonych i niebieskich, tak ściśle upakowanych obok siebie, że sprawiają wrażenie bycia białymi. Innym przykładem jest szybko obracające się koło czy śmigło, które na krótki moment może wyglądać, jakby zmieniało kierunek podczas przyspieszania do pełnej prędkości.

W każdym razie, może być zaskakujące, że iluzje optyczne nie są tylko zabawne do oglądania, ale mogą również służyć jako przydatne narzędzie do nauki więcej o oczach, nerwach, umysłach i mózgach.

Co widzisz? To klasyczna iluzja rozprzestrzeniania się koloru neonowego i nie jest taka sama, jak ta użyta w tych eksperymentach. Prawdopodobnie na pierwszy rzut oka zobaczysz jasnoniebieskie koło nieznacznie kontrastujące z w przeciwnym razie białym tłem. Ale w rzeczywistości tło jest całkowicie białe; to tak, jakby niebieski kolor z niebieskich sekcji czarnych filamentów przesiąkał do koła sugerowanego przez końce niebieskich linii. Źródło: Wikimedia/blebspot, edytowane

Profesor Masataka Watanabe z Wydziału Innowacji Systemowych na Uniwersytecie w Tokio ma na celu lepsze zrozumienie natury świadomości. Jest to obszerna dziedzina, dlatego naturalnie istnieje wiele sposobów na jej zbadanie, a między innymi Watanabe korzysta z iluzji optycznych. Jego najnowsze badania dotyczyły pytania, czy pewien rodzaj iluzji, która działa na ludziach, zadziała również na myszach. Okazało się, że działa. Ale dlaczego to jest istotne?

„Wiedza, że ten rodzaj iluzji, zwanej iluzją rozprzestrzeniania się koloru neonowego, działa zarówno na myszach, jak i na ludziach, jest przydatna dla neurologów takich jak ja, ponieważ oznacza to, że myszy mogą służyć jako użyteczne obiekty doświadczalne w przypadkach, gdy ludzie nie mogą,” powiedział Watanabe. „Aby naprawdę zrozumieć, co dzieje się wewnątrz mózgu podczas doświadczeń percepcyjnych, musimy używać pewnych metod, których nie możemy używać na ludziach. Należą do nich elektrofizjologia, czyli rejestrowanie aktywności neuronów za pomocą elektrod, i optogenetyka, gdzie puls światła umożliwia lub uniemożliwia wyzwalanie określonych neuronów w żywym mózgu.”

Eksperyment Watanabe'a był pierwszym tego rodzaju, który wykorzystał jednocześnie elektrofizjologię i optogenetykę na zwierzętach testowych narażonych na iluzję rozprzestrzeniania się koloru neonowego, co pozwoliło jego zespołowi dokładnie zobaczyć, które struktury w mózgu są odpowiedzialne za przetwarzanie iluzji.

„Po tym, jak bodziec wzrokowy ląduje na oku, jest on przenoszony do mózgu przez nerwy i jest następnie odbierany przez szereg warstw neuronów zwanych V1, V2 itd., gdzie V1 jest pierwszą i najbardziej podstawową warstwą, a V2 i wyżej są uważane za wyższe warstwy,” powiedział Watanabe.

„W neurologii trwa długotrwała debata na temat roli, jaką wyższe poziomy odgrywają w postrzeganiu jasności, i nie jest to łatwe do zbadania. Nasz eksperyment na myszach pokazał nam, że neurony w V1 reagowały nie tylko na iluzję, ale także na nieiluzyjną wersję tego samego rodzaju wzoru. Ale dopiero kiedy myszom pokazano wersję iluzyjną, neurony w V2 również odegrały kluczową rolę: modulowały aktywność neuronów w V1, dowodząc tym samym, że neurony V2 faktycznie odgrywają rolę w postrzeganiu jasności.”

Ten eksperyment pokazał, że modele myszy mogą być skuteczne w tej dziedzinie neurologii. Watanabe ma nadzieję, że to dopiero początek i że takie eksperymenty pomogą mu w osiągnięciu wielkiego celu, jakim jest wyjaśnienie neuronowego mechanizmu świadomości.

Odniesienie: „Brightness illusions drive a neuronal response in the primary visual cortex under top-down modulation” autorstwa Alireza Saeediego, Kun Wanga, Ghazaleh Nikpourian, Andreasa Bartelsa, Nikosa K. Logothetisa, Nelsona K. Totaha i Masataki Watanabe, 23 kwietnia 2024, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-024-46885-6