Studija o izgradnji binokularnog vida u mozgu

Znanstvenici već dugo znaju da vizualni sustav mozga nije u potpunosti programiran od samog početka, on se usavršava onim što bebe vide, ali autori nove studije s američkog Instituta tehnologije u Massachusettsu MIT-a, još uvijek nisu bili spremni za stupanj preoblikovanja koji su primijetili kada su prvi put pogledali proces kod miševa kako se događa u stvarnom vremenu.

Dok su istraživači u Picower institutu za učenje i pamćenje pratili stotine struktura koje sadrže pojedinačne mrežne veze ili "sinapse" na dendritnim granama neurona u vizualnom korteksu tijekom 10 dana, vidjeli su da je preživjelo samo 40 posto onih koje su započele proces. Poboljšanje binokularnog vida (integriranje unosa iz oba oka) zahtijevalo je brojna dodavanja i uklanjanja krakova duž dendrita kako bi se uspostavio konačni skup veza.

Bivša studentica poslijediplomskog studija Katya Tsimring vodila je studiju, objavljenu ovog mjeseca u časopisu Nature Communications, za koju tim kaže da je prva u kojoj su znanstvenici pratili iste veze sve do "kritičnog razdoblja", kada se binokularni vid usavršava.

U eksperimentima, mladi miševi promatrali su crno-bijele rešetke s linijama specifičnih orijentacija i smjerova kretanja kako se kreću preko njihovog vidnog polja. Istovremeno, znanstvenici su promatrali i strukturu i aktivnost glavnog tijela neurona i bodlji duž njihovih dendrita, odnosno malih izbočina na dendritima koje dodatno povećavaju njihovu površinu i omogućavaju formiranje sinapsi.

Praćenjem strukture 793 dendritičnih bodlji na 14 neurona, mogli su kvantificirati dodavanje i gubitak bodlji, a time i sinaptičke veze koje su smjestili.

Prateći njihovu aktivnost istovremeno, mogli su kvantificirati vizualne informacije koje su neuroni primali na svakoj sinaptičkoj vezi. Na primjer, bodlja bi mogla reagirati na jednu specifičnu orijentaciju ili smjer rešetke, nekoliko orijentacija ili uopće ne bi trebala reagirati. Konačno, povezivanjem strukturnih promjena bodlje tijekom kritičnog razdoblja s njezinom aktivnošću, nastojali su otkriti proces kojim sinaptički promet poboljšava binokularni vid.

Strukturno gledano, istraživači su primijetili da je 32 posto bodlji vidljivih 1. dana nestalo do 5. dana, a da je 24 posto bodlji vidljivih 5. dana dodano od 1. dana. Razdoblje između 5. i 10. dana pokazalo je sličan promet: 27 posto je eliminirano, ali 24 posto je dodano. Sveukupno, samo 40 posto bodlji viđenih 1. dana još je uvijek bilo prisutno 10. dana.

U međuvremenu, samo četiri od 13 neurona koje su pratili, a koji su reagirali na vizualne podražaje, i dalje su reagirali 10. dana. Znanstvenici ne znaju sa sigurnošću zašto je ostalih devet prestalo reagirati, barem ne na podražaje na koje su nekoć reagirali, ali vjerojatno su sada imali drugu funkciju.

Prethodne studije pokazale su da prvi ulazi koji dopiru do neurona binokularnog vidnog korteksa dolaze iz "kontralateralnog" oka na suprotnoj strani glave. Dakle, u lijevoj hemisferi, ulazi desnog oka prvi stižu tamo. Ti ulazi pokreću somu neurona da reagira na specifična vizualna svojstva poput orijentacije linije, na primjer, dijagonale od 45 stupnjeva. Do trenutka kada počne kritično razdoblje, ulazi iz "ipsilateralnog" oka na istoj strani glave počinju se pridruživati utrci s neuronima vidnog korteksa, omogućujući nekima da postanu binokularni.

Budući da su istraživači pratili aktivnost na bodljama, mogli su vidjeti koliko često su bile aktivne i koja je orijentacija pokretala tu aktivnost. Kako su se podaci akumulirali, vidjeli su da su bodlje imale veću vjerojatnost da će preživjeti ako su bile aktivnije i ako su reagirale su na istu orijentaciju kao ona koju je soma (glavni dio neurona u kojem se granaju dendriti) preferirala. Značajno je da su bodlje koje su reagirale na oba oka bile aktivnije od bodlji koje su reagirale samo na jedno, što znači da su binokularne bodlje imale veću vjerojatnost da će preživjeti od nebinokularnih.

Istraživači su također primijetili još jedan trend. Tijekom 10 dana, duž dendrita su se pojavile nakupine u kojima su susjedne bodlje sve češće bile aktivne u isto vrijeme. Druge studije su pokazale da grupiranjem bodlje mogu kombinirati svoju aktivnost tako da bude veća nego što bi to bile izolirano.