Avmystifierar Syn: Optiska illusioner belyser neurala banor

En banbrytande studie visar att möss uppfattar illusioner av spridande neonfärger, vilket förbättrar vår förståelse för visuell bearbetning. Kredit: SciTechDaily.com

För första gången visar forskning att en viss typ av visuell illusion, spridande neonfärger, fungerar på möss. Studien är också den första som kombinerar användningen av två undersökningstekniker kallade elektrofysiologi och optogenetik för att studera denna illusion. Resultat från experimenten på möss löser en långvarig debatt inom neurovetenskap om vilka nivåer av neuroner inom hjärnan som är ansvariga för uppfattningen av ljusstyrka.

Vi är alla bekanta med optiska illusioner; en del är nyheter, medan andra finns överallt omkring oss. Även när du tittar på skärmen framför dig lurar du in i att tro att du ser färgen vit. Det du egentligen ser är massor av röda, gröna och blå element som är packade så tätt ihop att det ger intryck av att vara vitt. Ett annat exempel är ett snabbt roterande hjul eller propeller, som kort kan se ut som om det vänder riktning medan det accelererar till full fart.

Hur som helst kan det vara överraskande att veta att optiska illusioner inte bara är roliga att titta på utan också ett användbart verktyg för att lära sig mer om ögon, nerver, sinne och hjärna.

Vad ser du? Detta är en klassisk illusion av spridande neonfärg och är inte densamma som den som används i dessa experiment. Chansen är stor att du kan titta på detta och först se en ljusblå cirkel i svag kontrast till den annars vita bakgrunden. Men i verkligheten är bakgrunden helt vit; det är som om det blå från de blå sektionerna av de svarta trådarna blöder in i cirkeln som antyds av ändarna på de blå linjerna. Kredit: Wikimedia/blebspot, redigerad

Associate Professor Masataka Watanabe från Institutionen för System Innovation vid Tokyos universitet har som mål att förstå mer om medvetandets natur. Det är ett stort ämnesområde så naturligtvis finns det många sätt att utforska det, och han använder bland annat optiska illusioner. Hans senaste forskning undersökte om en viss typ av illusion som fungerar på människor också skulle fungera på möss. Och det visar sig, det gör det. Men varför är detta betydande?

"Att veta att denna typ av illusion, som kallas en illusion av spridande neonfärger, fungerar på möss liksom på människor, är användbart för neurovetenskapsmän som jag, eftersom det innebär att möss kan tjäna som användbara testämnen för fall där människor inte kan," sa Watanabe. "För att verkligen förstå vad som händer inuti hjärnan under upplevelser av uppfattning behöver vi använda vissa metoder som vi inte kan använda på människor. Dessa inkluderar elektrofysiologi, inspelning av neural aktivitet med elektroder, och optogenetik, där ljuspulser aktiverar eller inaktiverar avfyrning av specifika neuroner i en levande hjärna."

Watanabes experiment var det första i sitt slag att använda både elektrofysiologi och optogenetik samtidigt hos djurförsöksexemplar som exponerats för illusionen av spridande neonfärger, vilket gjorde att hans team kunde se exakt vilka strukturer inom hjärnan som ansvarar för bearbetning av illusionen.

"Efter att en visuell stimulans landar på ögat, transporteras den till hjärnan av nerver och tas sedan emot av en serie av neuronnivåer kallade V1, V2, och så vidare, där V1 är den första och mest grundläggande nivån, och V2 och högre anses vara högre nivåer," sa Watanabe.

"Det pågår en långvarig debatt inom neurovetenskapen om vilken roll högre nivåer spelar i uppfattningen av ljusstyrka och det var inte enkelt att studera. Vårt experiment på möss har visat oss att neuroner i V1 reagerade inte bara på illusionen, utan också på en icke-illusorisk version av samma slags mönster som visades. Men det var först när den illusoriska versionen visades för mössen som neuroner i V2 också spelade en avgörande roll: den att modulera aktiviteten hos neuroner i V1, vilket bevisar att neuroner i V2 faktiskt spelar en roll i uppfattningen av ljusstyrka."

Detta experiment har visat att mössmodeller kan vara effektiva inom detta område av neurovetenskapen. Watanabe hoppas att detta bara är början och att sådana experiment kommer att hjälpa till med hans stora mål att klargöra det neurala mekanismen för medvetande.

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