ما السبب وراء النشاط المتكرر في القشرة البصرية الأولية؟

في الثدييات، يتم دعم إدراك المحفزات البصرية من خلال النشاط المنسق لآلاف الخلايا العصبية في مناطق الدماغ المختلفة.

يتم تمثيل الصور التي تراها العين في الدماغ، حيث تمر بخطوات مختلفة يتم من خلالها تحسين التمثيل بشكل متزايد، وفقا لما تم نشره في موقع ميديكال إكسبريس.

القشرة البصرية الأولية

منطقة الدماغ التي تلعب دورًا رئيسيًا في المعالجة والتمثيل العصبي للمحفزات البصرية هي ما يسمى بالقشرة البصرية الأولية أو V1.

تشير الدراسات السابقة إلى أن الإثارة المتكررة للخلايا العصبية في منطقة الدماغ هذه تعمل على تضخيم الاستجابات عندما تكون الإشارات البصرية ضعيفة، في حين أن التثبيط المتكرر للخلايا العصبية يثبط الاستجابات عندما تكون الإشارات قوية.

في حين تشير النتائج التجريبية إلى أن الإثارة والقمع المتكرر يلعبان دورًا رئيسيًا في اكتشاف وتمييز الأشياء أو الموضوعات في الصور المرئية، إلا أن الأنماط القشرية التي تحرك هذه العمليات لا تزال غير مفهومة جيدًا.

إن الفهم الأفضل لهذه الأنماط يمكن أن يساعد في إلقاء المزيد من الضوء على الآليات المعقدة التي تقوم عليها الرؤية البشرية.

أجرى باحثون في جامعة كاليفورنيا، بيركلي (UC Berkeley) ومعاهد أخرى في الولايات المتحدة مؤخرًا دراسة تبحث في النشاط المتكرر في القشرة البصرية الأولية.

تشير النتائج التي توصلوا إليها، والتي نشرت في مجلة Nature Neuroscience، إلى أن تفضيلات المجموعات القشرية تؤثر على النشاط المتكرر المحلي V1 باتباع منطق مباشر.

وكتب إيان أنطون أولدنبورج، وويليام دي هندريكس وزملاؤه في ورقتهم البحثية: «النشاط القشري المتكرر ينحت الإدراك البصري عن طريق تحسين أو تضخيم أو قمع المدخلات البصرية».

وأضافوا: «ومع ذلك، فإن القواعد التي تحكم تأثير النشاط المتكرر تظل غامضة، لقد استخدمنا علم الوراثة الضوئية ثنائي الفوتون الخاص بمجموعة محددة في القشرة البصرية للفأرة لعزل تأثير النشاط المتكرر عن المدخلات البصرية الخارجية».

أجرى أولدنبرج وهيندريكس وزملاؤهما سلسلة من التجارب على الفئران البالغة.

أولًا، استخدموا تقنيات بصرية ثلاثية الأبعاد عالية الدقة ثنائية الفوتون (2P) لإعادة إنشاء أنماط دقيقة من النشاط العصبي في دماغ الفأر. ثم قاموا بقياس تأثير هذه الأنماط عبر القشرة البصرية الأولية، باستخدام تصوير الكالسيوم 2P بدقة خلوية.

وكتب الباحثون في ورقتهم البحثية: «وجدنا أن الترتيب المكاني وتفضيل الميزة البصرية للمجموعة المحفزة والخلايا العصبية المجاورة يحددان بشكل مشترك التأثير الصافي للنشاط المتكرر، يؤدي التنشيط الضوئي لهذه المجموعات إلى القمع في جميع الخلايا التي يتجاوز حجمها 30 ميكرومتر، ولكنه يحفز التنشيط بشكل موحد في الخلايا الأقرب المضبوطة بشكل مماثل، وفي عدم وجود خلايا مضبوطة بشكل مماثل، تعمل المجموعات المدمجة والمضبوطة بشكل مشترك على دفع القمع الصافي، في حين أن المجموعات المنتشرة والمضبوطة بشكل مشترك تؤدي إلى التنشيط».

وبعد إجراء تجاربهم، استخدم الباحثون تقنيات حسابية لنمذجة ملاحظاتهم، وقد سمح لهم هذا بتكوين فهم أفضل لكيفية تأثير مجموعات الخلايا العصبية التي قاموا بتحفيزها على النشاط المتكرر في V1.

وأوضح الباحثون في ورقتهم البحثية أن «النمذجة الحسابية تشير إلى أن الاتصال المثير المتكرر المحلي والتقارب الانتقائي مع الخلايا العصبية المثبطة يفسران هذه التأثيرات».

وأضافوا: «تكشف النتائج التي توصلنا إليها عن منطق مباشر حيث تحدد المساحة وتفضيلات المجموعات القشرية تأثيرها على النشاط المتكرر المحلي».

يجمع العمل الأخير الذي قام به أولدنبرج وهيندريكس ومعاونوهم رؤية جديدة قيمة حول العمليات العصبية التي يمكن أن تؤدي إلى تضخيم وقمع النشاط في القشرة البصرية الأولية للثدييات.

وبشكل عام، تشير النتائج التي توصل إليها الفريق إلى أن أنماط النشاط المتكررة التي لوحظت في V1 يتم تعديلها عبر عمليات عصبية تتكشف باتباع منطق محدد، مما يسمح في النهاية للدماغ باستخلاص تمثيل مفصل للمحفزات البصرية المعقدة.

وفي المستقبل، يمكن لهذه النتائج أن تمهد الطريق لدراسات جديدة تبحث في الأسس العصبية المعقدة للإدراك البصري.