Исследователи из Национального института глаз (NEI) определили решающее окно времени, в течение которого мыши должны отслеживать визуальные события. Когда мозг обрабатывает визуальную информацию, эволюционно сохраняющаяся область, известная как верхний бугорок, уведомляет другие области мозга о том, что произошло событие. Запрещение этой области мозга в течение определенного 100-миллисекундного окна подавляло восприятие событий у мышей. Понимание этих ранних этапов обработки изображений может иметь значение для состояний, влияющих на восприятие и зрительное внимание, таких как шизофрения и синдром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ). Исследование было опубликовано в Интернете в Journal of Neuroscience.
"Одним из наиболее важных аспектов видения является быстрое обнаружение важных событий, таких как обнаружение угроз или возможность получения вознаграждения. Наш результат показывает, что это зависит от зрительной обработки в среднем мозге, а не только в зрительной коре", сказал Ричард Краузлис, Ph.D., руководитель отдела движения глаз и зрительного отбора в NEI и старший автор исследования.
Визуальное восприятие – способность человека знать, что он что-то видел – зависит от совместной работы глаза и мозга. Сигналы, генерируемые сетчаткой, проходят через нервные волокна ганглиозных клеток сетчатки в мозг. У мышей 85% ганглиозных клеток сетчатки соединяются с верхним бугорком. Верхний бугорок обеспечивает большую часть ранней визуальной обработки у этих животных. У приматов очень сложная зрительная кора принимает на себя большую часть этой нагрузки обработки зрительной информации, но 10% ганглиозных клеток сетчатки по-прежнему соединяются с верхним бугорком, который выполняет основные, но необходимые задачи восприятия.
Одна из этих задач – определить, что произошло визуальное событие. Верхний бугорок принимает информацию от сетчатки и коры головного мозга, и при наличии достаточных доказательств того, что событие произошло в поле зрения, нейроны в верхнем бугорке срабатывают. Классические эксперименты по перцепционному принятию решений предполагают, что субъект, например, человек или обезьяна, смотрит на изображение вертикальной решетки (серия размытых вертикальных черно-белых линий) и решает, поворачивается ли решетка немного или когда. В 2018 году Краузлис и Ван адаптировали эти классические эксперименты для мышей, открыв новые возможности для исследований.
"Хотя при переводе данных от мышей к людям мы должны проявлять осторожность, из-за различий в зрительных системах мыши обладают многими из тех же основных механизмов для обнаружения событий и визуального внимания, что и люди. Генетические инструменты, доступные для мышей, позволяют нам изучить, как определенные гены и нейроны участвуют в контроле восприятия," сказал Люпенг Ван, доктор философии.D., первый автор исследования.
В этом исследовании Ван и его коллеги использовали метод, называемый оптогенетикой, для жесткого контроля активности верхнего холмика с течением времени. Они использовали генетически модифицированных мышей, чтобы они могли включать или выключать нейроны в верхнем холмике с помощью луча света. Это включение-выключение могло быть точно синхронизировано, позволяя исследователям точно определить, когда нейроны верхнего холмика были необходимы для обнаружения визуальных событий. Исследователи научили своих мышей лизать носик, когда они видели визуальное событие (вращение вертикальной решетки), и избегать облизывания носика в противном случае.
Подавление клеток верхнего холмика снижает вероятность того, что мыши будут сообщать, что они видели событие, и когда они это сделают, их решение заняло больше времени. Торможение должно происходить в течение 100 миллисекунд (одна десятая секунды) после визуального события. Если подавление было вне этого временного интервала в 100 миллисекунд, решения мыши в основном не пострадали. Ингибирование было специфичным для стороны: потому что клетки сетчатки пересекаются и соединяются с верхним бугорком на противоположной стороне головы (левый глаз соединяется с правым верхним бугорком и наоборот), подавляя правую сторону верхнего бугорка. угнетенные реакции на стимулы слева, но не справа.
"Возможность временно блокировать передачу нейронных сигналов с такой точной синхронизацией является одним из больших преимуществ использования оптогенетики у мышей и позволяет точно определить, когда важные сигналы проходят через цепь," сказал Ван.
Интересно, что исследователи обнаружили, что дефицит торможения верхних колликулов был намного более выраженным, когда мыши были вынуждены игнорировать вещи, происходящие в другом месте в их поле зрения. По сути, без активности верхнего холмика мыши не могли игнорировать отвлекающие визуальные события. Эта способность игнорировать визуальные события, называемая визуальным вниманием, имеет решающее значение для навигации в сложных визуальных средах реального мира.
"Верхний холмик – хорошая цель для исследования этих функций, потому что он имеет аккуратно организованную карту визуального мира. И это связано с менее аккуратно организованными областями, такими как базальные ганглии, которые непосредственно участвуют в широком спектре нервно-психических расстройств у людей," сказал Краузлис. "Это похоже на то, как ты держишь друга за руку, когда ты проникаешь в неизвестность."