ملخص: وضع الباحثون خريطة للنشاط العصبي في النظام البصري للأخطبوط ، وكشفوا عن أوجه تشابه مذهلة مع البشر.
لاحظ الفريق الاستجابات العصبية للنقاط المضيئة والمظلمة ، مما أدى إلى إنشاء 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 لهذه الأنظمة البصرية المعقدة.
تساهم هذه الاكتشافات بشكل كبير في فهمنا لرؤية رأسيات الأرجل وبنية الدماغ.
يسلط الضوء:
- حوالي 70٪ من دماغ الأخطبوط مخصص للرؤية. هذا البحث هو الأول من نوعه لرسم خريطة للنشاط العصبي في نظامهم البصري ، مما يوفر نظرة ثاقبة حول كيفية إدراك هذه الكائنات البحرية لعالمها.
- على الرغم من وجود سلف مشترك منذ 500 مليون سنة ، طور الأخطبوط والبشر خرائط عصبية مماثلة للإدراك البصري.
- وجدت الدراسة أن عصبونات الأخطبوط تتفاعل بقوة مع البقع المضيئة 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٪ من دماغه للرؤية. ولكن حتى وقت قريب ، لم يكن لدى العلماء سوى فهم غامض لكيفية رؤية هذه الحيوانات البحرية لعالمهم تحت الماء. تلقي دراسة جديدة من جامعة أوريغون الضوء على منظور الأخطبوط.
لأول مرة ، سجل علماء الأعصاب النشاط العصبي للنظام البصري للأخطبوط. قاموا بإنشاء 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 الجهاز البصري للأخطبوط تشبه إلى حد كبير ما نراه في دماغ الإنسان – على الرغم من مشاركة الأخطبوط والبشر في سلف مشترك منذ حوالي 500 مليون سنة ، وأن الأخطبوطات طورت أنظمتها العصبية المعقدة بشكل مستقل.
قام عالم الأعصاب كريستوفر نيل وفريقه بالإبلاغ عن النتائج التي توصلوا إليها في مقال نُشر في 20 يونيو في علم الأحياء الحالي.
قال نيل: “لم يسجل أحد بالفعل 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 مقال ذي صلة نُشر 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 نود معرفتهما لبدء فهم نظام بصري جديد”.
في الدراسة الجديدة ، قاس الباحثون كيفية استجابة الخلايا العصبية في النظام البصري للأخطبوط إلى البقع الداكنة والخفيفة التي تتحرك عبر الشاشة. باستخدام الفحص المجهري الفلوري ، تمكن الباحثون من مشاهدة نشاط الخلايا العصبية أثناء استجابتها ، لمعرفة كيف تتفاعل الخلايا العصبية بشكل مختلف اعتمادًا على مكان ظهور البقع.
قال نيل: “يمكننا أن نرى أن كل موقع من الفص البصري يستجيب لموقع على الشاشة أمام الحيوان”. “إذا انتقلنا من نقطة واحدة ، فإن الاستجابة تنتقل إلى الدماغ.”
تم العثور على هذا النوع من الخرائط الفردية في دماغ الإنسان لحواس متعددة ، مثل الرؤية واللمس. ربط علماء الأعصاب موقع أحاسيس معينة بنقاط محددة في الدماغ.
تمثيل معروف للمس هو homunculus ، وهو شخصية بشرية كرتونية تُرسم فيها أجزاء من الجسم بما يتناسب مع مقدار مساحة الدماغ المخصصة لمعالجة المدخلات الحسية.
تبدو النقاط الحساسة جدًا مثل أصابع اليدين والقدمين ضخمة نظرًا لوجود الكثير من مدخلات الدماغ من هذه الأجزاء من الجسم ، في حين أن المناطق الأقل حساسية تكون أصغر بكثير.
لكن العثور على علاقة منظمة بين المشهد البصري ودماغ الأخطبوط كان بعيدًا عن اليقين. إنه ابتكار تطوري معقد إلى حد ما ، وبعض الحيوانات مثل الزواحف ليس لديها هذا النوع من الخرائط. بالإضافة إلى ذلك ، أشارت الدراسات السابقة إلى أن الأخطبوطات تفتقر إلى خريطة تشبه homunculus لأجزاء مختلفة من أجسامها.
وقال نيل: “كنا نأمل أن تكون الخريطة المرئية موجودة ، لكن لم يرها أحد بشكل مباشر من قبل”.
لاحظ الباحثون أيضًا أن الخلايا العصبية الأخطبوطية استجابت بقوة بشكل خاص للبقع المضيئة 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 تتنقل فيها الأخطبوطات. قد تظهر الحيوانات المفترسة الوشيكة كظلال داكنة كبيرة ، بينما قد تظهر الأشياء القريبة مثل الطعام على شكل نقاط مضيئة صغيرة.
بعد ذلك ، يأمل الباحثون أن يفهموا كيف يتفاعل دماغ الأخطبوط مع صور أكثر تعقيدًا ، مثل تلك الموجودة بالفعل في بيئته 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
الكاتب: مولي بلانكيت
مصدر: جامعة أوريغون
اتصال: مولي بلانسيت – جامعة أوريغون
صورة: تُنسب الصورة إلى أخبار العلوم العصبية
البحث الأصلي: حرية الوصول.
“التنظيم الوظيفي للاستجابات البصرية في الفص البصري للأخطبوطبقلم كريستوفر نيل وآخرون. علم الأحياء الحالي
خلاصة
التنظيم الوظيفي للاستجابات البصرية في الفص البصري للأخطبوط
نقاط القوة
- 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 بعيون تشبه الكاميرا ، وأدمغة كبيرة ، وذخيرة غنية من السلوكيات الموجهة بصريًا. ومع ذلك ، تطورت أدمغة رأسيات الأرجل بشكل مستقل عن تلك الموجودة في الأنواع الأخرى ذات الرؤية العالية ، مثل الفقاريات. لذلك ، فإن الدوائر العصبية التي تعالج المعلومات الحسية مختلفة تمامًا.
كيف يعمل نظامهم البصري القوي والفريد من نوعه غير معروف إلى حد كبير ، حيث لم تكن هناك قياسات عصبية مباشرة للاستجابات البصرية في أدمغة 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 ميزة تنظيم النظام المرئي التي تشترك فيها 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 دائرة فريدة لمعالجة النموذج التي ربما تكون قد تطورت لتلبية 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 الأساس للدراسات المستقبلية للدوائر العصبية التي تتوسط المعالجة البصرية والسلوك في رأسيات الأرجل.
