Моделът, удостоен с Нобелова награда през 1981 г., всъщност е правилен. Научен спор, продължил шест десетилетия, относно точния механизъм на зрителното възприятие при бозайниците, вече е разрешен. Изследователи от Техническия университет в Мюнхен (ТУМ) успяват да наблюдават потока на данни от нервна клетка към нервна клетка. С това те потвърждават коректността на модела на Дейвид Хюбел и Торстен Визел, който е удостоен с Нобелова награда през 1981 г., но досега бе частично оспорван.
Потвърждение след 60 години: Изследователи от ТУМ доказаха Нобеловия модел за зрението
Още през 60-те години на миналия век Хюбел и Визел разработват своя модел, според който зрението е резултат от подредени, поетапни изчисления в мозъка – със специализирани неврони, настроени съответно към краища, ориентации, движения, както и към лявото или дясното око. Тази теория получава широка подкрепа, но в определени детайли остана оспорвана. Някои изследователи предполагат, че още в таламуса съществуват клетки, специализирани за определени ориентации. Новото експериментално изследване успява да изясни това, като за първи път анализира потока на данни в отделните синапси между таламуса и мозъчната кора.
Изследователският екип, ръководен от проф. Артур Конерт, д-р Янг Чен и докторанта Маринус Клос от Института по невронауки към Факултета по медицина и здравеопазване на ТУМ (TUM School of Medicine and Health), както и от Клъстера за високи постижения SyNergy, успя да наблюдава и количествено да определи този поток на данни на елементарно синаптично ниво чрез нов вид микроскопско изображение с висока разделителна способност. Получените резултати недвусмислено доказват основните тези на теорията на Хюбел и Визел. Новите резултати от изследването са публикувани в реномираното списание Science.
Проф. Конерт подчертава: „Нашите резултати доказват колко визионерски и точно Хюбел и Визел са разбрали процесите на зрителното възприятие още преди повече от 60 години. Върху техния подход днес се гради не само изследователската работа в областта на невронауките, но и сферата на изкуствените невронни мрежи. Да се учим от природата и нейните еволюционни адаптации остава печеливша формула за по-нататъшното технологично развитие.“
Какво точно са направили изследователите от ТУМ?
При зрението сигналите от окото преминават първо през таламуса – разпределителен център дълбоко в мозъка – и оттам продължават към зрителната кора в задната част на главата. В първата зона на тази зрителна кора, така наречения първичен визуален кортекс, се обработват прости свойства на изображенията като ръбове, контраст и ориентация. Именно този участък – връзката от таламуса към тази първа зрителна зона на мозъчната кора – са изследвали учените от ТУМ при мишки.
Чрез специална форма на микроскопия, наречена двуфотонна микроскопия, те са успели да направят видими в живия мозък отделните контактни точки между нервните клетки – синапсите. Към тези контактни точки те са прикрепили специални протеини, които светват като миниатюрни лампички, когато там се предава химичен сигнал. Междувременно са показвали на животните прости зрителни стимули на екран, например хоризонтални или вертикални ивици, и са проследявали кои връзки в мозъка реагират на съответната посока на ивиците.
За да разграничат кои сигнали идват директно от таламуса и кои се предават само в рамките на мозъчната кора, изследователите са използвали трик от оптогенетиката: те са снабдили определени нервни клетки със светлочувствителни протеини и по този начин са успели временно да „изключат“ части от мозъчната кора чрез светлина. Ако премигването в даден синапс е продължавало въпреки изключената мозъчна кора, това е означавало, че сигналът идва от таламуса. Ако сигналите са изчезвали, те са произхождали от съседни нервни клетки в кортекса.
Така учените са успели да измерят поотделно колко силно реагират таламусните връзки и връзките в мозъчната кора на различни ориентации на ивиците. Резултатът: Връзките от таламуса подават стабилни, но неспециализирани за конкретна посока сигнали. Същинското разпознаване на посоката – т.е. разграничаването дали една линия е например хоризонтална или вертикална – възниква едва чрез взаимното свързване в самата мозъчна кора.
С това се изяснява един дълго обсъждан въпрос: някои изследователи предполагат, че още в таламуса има клетки, специализирани за определени ориентации, които предават тези „готово изчислени“ сигнали към мозъчната кора. Изследването на ТУМ показва, че основното разпознаване на образи при бозайниците действително протича така, както са го описали Хюбел и Визел: таламусът подава до голяма степен неспецифични необработени сигнали, а кортексът сглобява тези сигнали поетапно в насочени ръбове и модели.
Какво е значението на изследователската работа отвъд конкретното доказателство?
Според проф. Конерт новоразработеният метод на изследване е приложим към много различни видове неврони – както в здравия, така и в патологично изменения мозък. Той вижда потенциал чрез него да се разпознават и манипулират патологично изменени неврони, например при болестта на Алцхаймер.
От фундаментално значение е също така фактът, че синапсите в мозъчната кора (така наречените кортико-кортикални синапси) се различават съществено по своите способности от синапсите към таламуса (таламо-кортикални синапси). Само синапсите на мозъчната кора генерират „калциеви сигнали“, които са класическа предпоставка за учене чрез опит.
„Това е напълно изненадващ резултат, който можеше да бъде установен само с нашия нов метод“, обяснява Конерт. „Той поставя под въпрос досегашните убеждения, които предполагаха сходен потенциал за адаптация и учене при всички синапси.“
Статията е превод на Hirnforschende bewiesen Theorie der visuellen Wahrnemung
Повече информация за изследването може да получите от публикацията в Science:
Yang Chen, Marinus Kloos et al: „Thalamic activation of the visual cortex at the single-synapse level”, Science, 26 March 2026, DOI: 10.1126/science.aec9923
Вашият коментар