Расшифровка того, как мозг кодирует цвет и форму

Расшифровка того, как мозг кодирует цвет и форму

Исследование Солка показывает, как мозг обрабатывает внешний мир с помощью перекрывающихся зрительных цепей.

ЛА-ХОЛЬЯ. Существуют сотни тысяч различных цветов и форм, которые человек может различить визуально, но как мозг обрабатывает всю эту информацию? Раньше ученые считали, что зрительная система изначально кодирует форму и цвет с помощью разных наборов нейронов, а затем гораздо позже объединяет их. Но новое исследование исследователей Солка, опубликованное в Наука 27 июня 2019 года показывает, что есть нейроны, которые избирательно реагируют на определенные комбинации цвета и формы.

«Новые генетические датчики и технологии визуализации позволили нам более тщательно проверить связь между зрительными цепями, которые обрабатывают цвет и форму», — говорит Эдвард Каллауэй, старший автор и профессор лаборатории системной нейробиологии Солка. «Эти результаты дают ценную информацию о том, как зрительные цепи связаны и организованы в мозгу».

Подобно датчику цифровой камеры, светочувствительные клетки глаза (фоторецепторы) определяют длины волн света в определенных диапазонах и в определенных местах. Затем эта информация проходит через зрительный нерв к нейронам зрительной коры, которые интерпретируют информацию и начинают расшифровывать содержание изображения. Долгое время ученые считали, что цвет и форма извлекаются по отдельности, а затем объединяются только в высших центрах мозга, но новое исследование Солка показывает, что они объединяются гораздо раньше.

«Цель нашего исследования состояла в том, чтобы лучше понять, как зрительная система обрабатывает цвета и формы визуальных стимулов», — говорит соавтор Анупам Гарг, который учится в Калифорнийском университете в Сан-Диего в лаборатории Каллауэя. «Мы хотели применить новые методы обработки изображений, чтобы ответить на эти давние вопросы об обработке изображений».

Исследователи использовали технологию визуализации в сочетании с генетически экспрессируемыми датчиками для изучения функций тысяч отдельных нейронов, участвующих в обработке цвета и формы в первичной зрительной коре. В течение длительных периодов записи было проверено около 500 возможных комбинаций цвета и формы, чтобы найти стимул, который лучше всего активирует каждый визуально реагирующий нейрон.

Команда обнаружила, что зрительные нейроны избирательно реагируют на цвет и форму в континууме — в то время как некоторые нейроны активируются только определенным цветом или формой, многие другие нейроны реагируют на определенный цвет и форму одновременно, вопреки давним представлениям о как работает визуальная обработка.

«Наш мозг эффективно кодирует визуальную информацию, используя продуманно спроектированные схемы. Вопреки тому, чему учат в классе — что цвет и форма обрабатываются отдельно в ранней зрительной коре, а затем интегрируются позже с помощью неизвестных механизмов — мозг систематически кодирует цвет и форму вместе», — говорит Пейчао Ли, соавтор. и научный сотрудник лаборатории Callaway.

«Последние 20 лет я хотел узнать, как зрительная система обрабатывает цвет, поэтому это открытие меня очень волнует», — говорит Каллауэй, заведующий кафедрой молекулярной нейробиологии имени Винсента Дж. Коутса. «Это открытие закладывает основу для понимания того, как нейронные цепи выполняют вычисления, ведущие к цветовому зрению. Мы с нетерпением ждем возможности использовать эти результаты, чтобы определить, как нейроны в зрительной коре работают вместе, чтобы извлекать цвета и формы».

Среди других авторов был Мохаммад С. Рашид из Солка.

Работа финансировалась грантами Национального института здравоохранения (EY022577, NS105129 и EY028084), Благотворительным фондом Гэтсби и Фондом пионеров.

DOI: 10.1126/наука.aaw5868