Kako miševi otkrivaju tajne ljudskog vida — šta nam pokazuju nove metode snimanja mozga

Iako pesmice pominju "tri slepa miša", vid miševa je iznenađujuće osetljiv — i to u situacijama kada su budni i pažljivi. Istraživanja načina na koji miševi vide omogućila su naučnicima da otkriju detalje o tome kako pojedinačne ćelije mozga komuniciraju i kako zajedno stvaraju mentalnu sliku vizuelnog sveta.

Ja sam neurobiolog i proučavam kako moždane ćelije pokreću vidnu percepciju i zašto ti procesi ponekad zataje — na primer kod stanja kao što je autizam. Moja laboratorija „sluša" električnu aktivnost neurona u cerebralnom korteksu, delu mozga koji obrađuje vidne informacije. Povrede vidne kore mogu dovesti do gubitka vida i drugih deficita iako su oči netaknute.

Šta su nam pokazali miševi?

Dugo se verovalo da je vid miševa trom i neprecizan. Nova istraživanja pokazuju suprotno: neuroni u vidnoj kori miša — kao i kod ljudi, primata, mačaka i lasica — reaguju na specifične vizuelne osobine i postaju naročito selektivni kada je životinja budna i usredsređena.

Iznenađujuće otkriće je da su miševi naročito osetljivi na podražaje koji se pojavljuju neposredno ispred njih, uprkos bočno postavljenim očima. To sugeriše da je specijalizacija za naglašavanje centralnog vidnog polja delimično zajednička ljudima i miševima. Za miševe, ovakva fokusiranost može pomoći da brže uoče senke ili ivice — bitno za izbegavanje predatora i lov na insekte.

This image shows neurons in the mouse retina: cone photoreceptors (red), bipolar neurons (magenta), and a subtype of bipolar neuron (green).Brian Liu and Melanie Samuel/Baylor College of Medicine/NIH via Flickr

Tehnologija i ponašanje: posmatranje mozga u akciji

Tehnološki napredak omogućio je da se istovremeno snimi aktivnost hiljada neurona i sinhronizuje sa video-zapisom lica, položaja zenice i pokreta tela u realnom vremenu. To otkriva kako se ponašanje prepliće sa moždanom aktivnošću — kao da smo sad umesto zrnaste snimke simfonije dobili stereo snimak u visokoj rezoluciji.

Koristeći ove metode, istraživači proučavaju kako različite vrste neurona rade zajedno tokom složenih vizuelnih zadataka i kako faktori poput kretanja, budnosti, žeđi ili okruženja modulišu odgovore vidne kore. Na primer, u našim eksperimentima vizuelni signali stižu do korteksa mnogo brže ako je miš na disku koji mu omogućava trčanje nego kada isti miš gleda iste slike iz nepokretnog cilindričnog tunela — čak i kada je u oba slučaja miran.

Kako pitati miša šta je video?

Da bi se povezala električna aktivnost sa percepcijom, istraživači uče miševe da signaliziraju šta vide: otpustanje poluge kada se obrazac promeni, okretanje točka da bi pomerili stimulus ka centru ekrana ili lizanje pipka kada primete naglu promenu. Miševi takođe mogu usmeravati pažnju na deo vidnog polja — to poboljšava brzinu i tačnost detekcije u tom delu, ali usporava reagovanje kada se stimulus neočekivano pojavi negde drugde.

Uloga inhibitornih neurona i granice percepcije

Posebne vrste inhibitornih neurona snažno kontrolišu intenzitet vizuelnih signala. Aktivacijom tih ćelija u vidnoj kori možemo praktično "izbrisati" percepciju određene slike kod miša. Ovi eksperimenti pokazuju da su granice između percepcije i akcije u mozgu fleksibilnije nego što se ranije mislilo: isti stimulus može izazvati različite odgovore u zavisnosti od konteksta—da li će biti detektovan, pojavljuje li se dok se miš kreće ili je li životinja žedna.

Mice can be trained to drink water as a way to ‘tell’ researchers they see something.felixmizioznikov/iStock via Getty Images Plus

Otvoreni podaci i saradnja

Rast podataka u istraživanjima vizuelnog sistema miša podstakao je međunarodnu saradnju: veliki centri razvijaju optičke, električne i biološke alate za merenje aktivnosti velikog broja neurona i često javno dele te skupove podataka. Ta transparentnost ubrzava reprodukciju nalaza, analize i nova otkrića — važan korak za informatičku obradu podataka u neuroznanosti.

Zašto je ovo važno za ljude? Centralni deo vidnog polja je posebno pogođen starenjem i mnogim bolestima vida kod ljudi. Pošto miševi takođe koriste ovaj deo vidnog polja intenzivno, oni ostaju ključan model za proučavanje mehanizama bolesti i razvoja terapija.

Zaključak: poslednjih deset godina donelo je značajan napredak — i to je samo početak. "Mali" miš, koji nije ni slep ni jednostavan, nastaviće da igra važnu ulogu u razotkrivanju tajni ljudskog mozga.

Autor originalnog teksta: Bilal Haider, Georgia Institute of Technology. Finansiranje: NIH i Simons Foundation.