العيون الثماني: كشف رؤية الأخطبوط باستخدام الخرائط العصبية

ملخص: رسم الباحثون خريطة للنشاط العصبي في النظام البصري للأخطبوط ، وكشفوا عن أوجه تشابه مذهلة مع البشر.

لاحظ الفريق الاستجابات العصبية للنقاط المضيئة والمظلمة ، وبالتالي رسم خريطة تشبه تنظيم الدماغ البشري. ومن المثير للاهتمام أن الأخطبوطات والبشر شاركوا آخر سلف مشترك منذ حوالي 500 مليون سنة ، مما يشير إلى تطور مستقل لمثل هذه الأنظمة البصرية المعقدة.

تساهم هذه النتائج بشكل كبير في فهمنا لرؤية رأسيات الأرجل وبنية الدماغ.

مفتاح الحقائق:

1. حوالي 70٪ من دماغ الأخطبوط مخصص للرؤية. هذا البحث هو الأول من نوعه لرسم خريطة للنشاط العصبي في نظامهم البصري ، مما يوفر رؤى حول كيفية إدراك هذه الكائنات البحرية لعالمها.
2. على الرغم من وجود سلف مشترك منذ 500 مليون سنة ، طور الأخطبوط والبشر خرائط عصبية مماثلة للإدراك البصري.
3. اكتشفت الدراسة أن عصبونات الأخطبوط تستجيب بقوة لبقع الضوء الصغيرة والبقع الداكنة الكبيرة ، والتي تختلف عن النظام البصري البشري. من المحتمل أن يكون هذا بسبب خصوصيات البيئة تحت الماء.

مصدر: جامعة أوريغون

يخصص الأخطبوط حوالي 70 بالمائة من دماغه للرؤية. لكن حتى وقت قريب ، لم يكن لدى العلماء سوى فهم غامض لكيفية رؤية هذه الحيوانات البحرية لعالمهم تحت الماء. دراسة جديدة لجامعة أوريغون تسلط الضوء على وجهة نظر الأخطبوط.

لأول مرة ، سجل علماء الأعصاب نشاطًا عصبيًا من النظام البصري للأخطبوط. لقد أنشأوا خريطة للمجال البصري للأخطبوط من خلال مراقبة النشاط العصبي في دماغ الحيوان مباشرة استجابةً للبقع المضيئة والمظلمة في مواقع مختلفة.

هذه الخريطة للنشاط العصبي في النظام البصري للأخطبوط تشبه إلى حد كبير ما نراه في دماغ الإنسان – على الرغم من مشاركة الأخطبوطات والبشر في سلف مشترك منذ حوالي 500 مليون سنة ، وقد طورت الأخطبوطات أنظمتها العصبية المعقدة بشكل مستقل.

قام عالم الأعصاب كريستوفر نيل وفريقه بالإبلاغ عن النتائج التي توصلوا إليها في ورقة نُشرت في 20 يونيو في علم الأحياء الحالي.

قال نيل: “لم يسجل أحد فعليًا من النظام البصري المركزي لرأسي الأرجل من قبل”. لا تُستخدم الأخطبوطات ورأسيات الأرجل الأخرى عادةً كنموذج لفهم الرؤية ، لكن فريق نيل مفتون بأدمغتهم غير العادية.

في ورقة ذات صلة نشرت العام الماضي في علم الأحياء الحالي، حدد المختبر فئات مختلفة من الخلايا العصبية في الفص البصري للأخطبوط ، وهو جزء من الدماغ مخصص للرؤية. قال نيل: “توفر هذه الأوراق معًا أساسًا جيدًا من خلال توضيح الأنواع المختلفة من الخلايا العصبية وما تستجيب له – وهما جانبان أساسيان نريد معرفتهما لبدء فهم نظام بصري جديد”.

في الدراسة الجديدة ، قاس الباحثون كيف تستجيب الخلايا العصبية في النظام البصري للأخطبوط إلى البقع الداكنة والضوء التي تتحرك عبر الشاشة. باستخدام الفحص المجهري الفلوريسنت ، يمكن للباحثين مشاهدة نشاط الخلايا العصبية أثناء استجابتهم ، ليروا كيف تتفاعل الخلايا العصبية بشكل مختلف اعتمادًا على مكان ظهور البقع.

قال نيل: “تمكنا من رؤية أن كل موقع في الفص البصري استجاب لموقع واحد على الشاشة أمام الحيوان”. “إذا قمنا بتحريك مكان ما ، فإن الاستجابة تتحرك في الدماغ.”

تم العثور على هذا النوع من الخرائط الفردية في دماغ الإنسان لحواس متعددة ، مثل الرؤية واللمس. ربط علماء الأعصاب موقع أحاسيس معينة ببقع معينة في الدماغ.

التمثيل المعروف للمس هو homunculus ، وهو شخصية بشرية كرتونية تُرسم فيها أجزاء الجسم بما يتناسب مع مقدار مساحة الدماغ المخصصة لمعالجة المدخلات الحسية هناك.

تظهر البقع شديدة الحساسية مثل أصابع اليدين والقدمين ضخمة نظرًا لوجود الكثير من مدخلات الدماغ من أجزاء الجسم هذه ، في حين أن المناطق الأقل حساسية تكون أصغر بكثير.

لكن العثور على ارتباط منظم بين المشهد البصري ودماغ الأخطبوط كان بعيدًا عن الواقع. إنه ابتكار تطوري معقد إلى حد ما ، وبعض الحيوانات مثل الزواحف لا تملك هذا النوع من الخرائط. أيضًا ، أشارت الدراسات السابقة إلى أن الأخطبوطات لا تملك خريطة تشبه الهومونكولوس لأجزاء مختلفة من أجسامها.

قال نيل: “كنا نأمل أن تكون الخريطة المرئية موجودة هناك ، لكن لم يلاحظها أحد بشكل مباشر من قبل”.

لاحظ الباحثون أيضًا أن الخلايا العصبية في الأخطبوط استجابت بقوة بشكل خاص للبقع الضوئية الصغيرة والبقع الداكنة الكبيرة – وهو اختلاف واضح عن النظام البصري البشري. يفترض فريق نيل أن هذا قد يكون بسبب الخصائص المحددة للبيئة تحت الماء التي يجب أن تتنقلها الأخطبوطات. قد تظهر الحيوانات المفترسة التي تلوح في الأفق كظلال داكنة كبيرة ، بينما تظهر الأشياء القريبة مثل الطعام على شكل نقاط مضيئة صغيرة.

بعد ذلك ، يأمل الباحثون أن يفهموا كيف يستجيب دماغ الأخطبوط لصور أكثر تعقيدًا ، مثل تلك الموجودة بالفعل في بيئتهم الطبيعية. هدفهم النهائي هو تتبع مسار هذه المدخلات البصرية بشكل أعمق في دماغ الأخطبوط ، لفهم كيف يرى الأخطبوط عالمه ويتفاعل معه.

حول هذا البحث في علم الأعصاب المرئي الأخبار

مؤلف: مولي بلانسيت
مصدر: جامعة أوريغون
اتصال: مولي بلانسيت – جامعة أوريغون
صورة: تُنسب الصورة إلى أخبار علم الأعصاب

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“التنظيم الوظيفي للاستجابات البصرية في الفص البصري للأخطبوطبقلم كريستوفر نيل وآخرون. علم الأحياء الحالي

خلاصة

التنظيم الوظيفي للاستجابات البصرية في الفص البصري للأخطبوط

يسلط الضوء

• التنظيم الوظيفي للنظام البصري رأسيات الأرجل غير معروف إلى حد كبير
• باستخدام تصوير الكالسيوم ، قمنا بتعيين الاستجابات المرئية في الفص البصري للأخطبوط
• حددنا الحقول الاستقبالية المترجمة مكانيًا مع تنظيم الشبكية
• كانت مسارات التشغيل والإيقاف مميزة ولها خصائص انتقائية فريدة للحجم

ملخص

رأسيات الأرجل هي حيوانات بصرية عالية مع عيون من نوع الكاميرا ، وأدمغة كبيرة ، وذخيرة غنية من السلوكيات الموجهة بصريًا. ومع ذلك ، فإن دماغ رأسيات الأرجل تطور بشكل مستقل عن دماغ الأنواع الأخرى ذات الرؤية العالية ، مثل الفقاريات. لذلك ، فإن الدوائر العصبية التي تعالج المعلومات الحسية مختلفة تمامًا.

من غير المعروف إلى حد كبير كيف يعمل نظامهم البصري القوي والفريد ، حيث لم تكن هناك قياسات عصبية مباشرة للاستجابات البصرية في دماغ رأسيات الأرجل.

في هذه الدراسة ، استخدمنا تصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون لتسجيل الاستجابات المستحثة بصريًا في مركز المعالجة البصرية الأساسي لدماغ الأخطبوط المركزي ، الفص البصري ، لتحديد كيفية تمثيل وتنظيم السمات الأساسية للمشهد البصري.

وجدنا مجالات استقبال موضعية مكانياً للضوء (ON) ومحفزات داكنة (OFF) ، والتي تم تنظيمها بشكل شبكي عبر الفص البصري ، مما يدل على السمة المميزة لتنظيم النظام المرئي المشترك عبر العديد من الأنواع.

كشف فحص هذه الاستجابات عن تحولات في التمثيل المرئي عبر طبقات الفص البصري ، بما في ذلك ظهور مسار OFF وزيادة انتقائية الحجم.

حددنا أيضًا عدم تناسق في المعالجة المكانية لمحفزات التشغيل والإيقاف ، والتي تشير إلى آليات دارة فريدة لمعالجة النموذج قد تكون قد تطورت لتلائم المتطلبات المحددة لمعالجة مشهد مرئي تحت الماء.

تقدم هذه الدراسة نظرة ثاقبة للمعالجة العصبية والتنظيم الوظيفي للنظام البصري للأخطبوط ، وتسليط الضوء على الجوانب المشتركة والفريدة من نوعها ، وتضع أساسًا للدراسات المستقبلية للدوائر العصبية التي تتوسط المعالجة البصرية والسلوك في رأسيات الأرجل.