Pogled duboko u oči insekata – slojevita obrada vizuelnih informacija

Istraživači sa Univerziteta u Konstancu proučavaju kako mozgovi insekata primaju složene svetlosne stimuluse i procesuiraju ih paralelno. Oni su prvi pronašli dokaze da se informacije procesuiraju u različitim slojevima lamine.

Poput većine životinja, insekti se oslanjaju na vid radi orijentacije. Da bi dobili najbolju moguću sliku svog okruženja, ulazni podaci od fotoreceptora u oku moraju se kasnije obraditi u mozgu. To je kao da ti podaci putuju kroz višeslojni filter, konstantno se filtriraju, kategorizuje i na kraju se u redukovanom obliku proslede sledećoj oblasti mozga.

Preporučujemo

U slučaju insekata, ovaj zadatak inicijalno pada na laminu — prvi centar za vizuelnu obradu u mozgu koji je direktno povezan sa okom. Na Univerzitetu u Konstancu, neuroetolozi su sad dali važan doprinos razumevanju ovog procesuiranja signala.

Nisu sve oči insekata iste

Studija se fokusirala na viđenje kretanja kod insekata u različitim svetlosnim uslovima i način prilagođavanja na njih. "Postoji veliki broj istraživanja o oku insekata i tome kako mozak procesuira vizuelne informacije, posebno u slučaju vinskih mušica. Ipak, u nekim aspektima percepcije i obrade vizuelnih stimulusa, vinske mušice su evoluirale fundamentalno drugačije od većine drugih vrsta insekata", kažu autori.

Zbog toga su se istraživači posvetili izučavanju moljaca kolibrića. Pošto neuronska obrada kod ove dnevne vrste u ranim vizuelnim delovima mozga ima sličnu strukturu i funkciju kao kod većine drugih vrsta insekata, rezultati su šire primenljivi na druge insekte.

Da bi ispitali kako mozak insekta procesuira vizuelne stimuluse, istraživači su prvo proučavali laminu — najperiferiji centar za obradu vizuelnih informacija. Pomoću elektronske mikroskopije, identifikovali su sve različite tipove neuronskih ćelija lamine i zatim mapirali njihovu povezanost. To je omogućilo reklasifikaciju ovih ćelija — važan korak za bolje razumevanje njihovih zadataka u vizuelnom sistemu.

Integrisanje ili inhibiranje signala radi povećanja efikasnosti

"Pošto su mozgovi insekata veoma mali, neuronski sistem mora da funkcioniše krajnje efikasno. Vizuelni stimulusi se prethodno filtriraju u spoljnim delovima mozga na nekoliko različitih nivoa, tako da samo mali deo originalnih informacija mora da se procesuira kad stigne do odredišta", objašnjavaju istraživači.

Jedan od ovih koraka filtracije dešava se u ćelijama lamine. Kad je svetlo prigušeno, vizuelni signali mogu biti unapređeni putem njihove integracije. Međutim, ovo se dešava nauštrb rezolucije i rezultat je mutnija slika.

Pri jakom svetlu, naprotiv, individualni vizuelni signali su inhibirani (a ne integrisani), što daje sliku sa većom oštrinom. Rezultat je da slika ima bolju rezoluciju, iako signal postaje malo slabiji. Ovo omogućava mozgu da funkcioniše što efikasnije s obzirom na trenutne svetlosne uslove i da održi ravnotežu između jačine signala i rezolucije slike.

Različiti zadaci za različite slojeve

Istraživači su takođe proučavali kako tačno ćelije lamine procesuiraju dolazne vizuelne podatke. Ultrafine elektrode su omogućile merenje električnih signala pojedinačnih nervnih ćelija tokom reakcije na različite svetlosne stimuluse.

"Već smo znali da, u principu, ćelije mogu da preuzmu nekoliko zadataka. Sad smo osmotrili kako pojedinačne ćelije mogu da preuzmu različite zadatke i prelaze sa jednog na drugi", kažu naučnici.

Rezultati pokazuju da ista ćelija ispunjava različite zadatke u različitim slojevima lamine. Prvi put se vidi da je lamina podeljena na funkcionalne slojeve: u jednom sloju ćelija prikuplja signale, dok u drugom sloju ista ćelija inhibira susedne ćelije.

Ovi nalazi demonstriraju mehanizam za obradu vizuelnih informacija koji dosad nije bio poznat u ovom delu mozga. Dalja istraživanja imaju kao cilj proučavanje kako se prostorno procesuiranje razlikuje između dnevnih i noćnih moljaca.

"Pošto žive u potpuno različitim svetlosnim uslovima, pretpostavljamo da moraju i procesuirati informacije na bitno različite načine“, zaključuju autori studije.

(Telegraf Nauka/Phys.org)