Зрительная система имеет иерархическую структуру и включает в себя различные области. Нижние зрительные области обрабатывают небольшие фрагменты зрительного поля и демонстрируют высокую чувствительность к элементарным компонентам, например, к границам объектов и их направлению. Более высокие зрительные области в иерархии кодируют более сложные, абстрактные представления об окружающем мире, охватывая более широкое зрительное поле и реагируя на объекты и лица.
Одновременно области мозга, формирующие целостное представление, передают информацию в нижние зрительные зоны посредством так называемых обратных связей. Предполагается, что эти обратные связи играют важную роль в объединении контекстной информации, поскольку они доводят до сведения нижних зрительных областей сведения о более широком окружении, а не только о локальном участке изображения, на который направлен взгляд.
Нейрон, расположенный в зрительной области более высокого порядка и реагирующий на изображение стола, передает сигнал нейрону, отвечающему за кодирование лишь фрагмента стола, например его ножек. Тем не менее, парадоксальным образом, нейроны высших зрительных областей мозга порой передают информацию нейронам нижних зрительных областей, которая не связана с изображением столов.
«Действительно ли обратная связь отражает взаимосвязь между элементами и целостностью, которую мы воспринимаем через личный опыт?» — интересуется Леопольдо Петряну, руководитель исследовательской группы и ведущий ученый лаборатории кортикальных цепей Фонда Шампалимо. В рамках предыдущей работы, проведенной Петряну и его коллегами на мышах показали, организация обратной связи напрямую связана с визуальным восприятием.
Исследователи провели сравнение нейронов с обратной связью у обычных мышей и у особей, воспитанных в полной темноте. Оказалось, что у мышей, лишенных визуального опыта, структура «обратных» нейронных связей была нарушена. Этот результат свидетельствует о том, что формирование обратной связи зависит от полученного опыта, что соответствует предположению о ее способности отражать установленную взаимосвязь между общей картиной, кодируемой в высших отделах мозга, и деталями, закодированными в нижних.
Оставался нерешенный вопрос: можно ли считать эту организацию пассивной или, по мнению исследователей, «инструктивной». Иными словами, приводит ли каждый опыт к формированию одинаковых связей с обратной связью, или различные виды опыта обуславливают возникновение различных нейронных связей? Новое исследование той же группы ученых, опубликованное в журнале Current Biology, призвано ответить на этот вопрос.
Альтернативный способ задать этот вопрос заключается в том, чтобы выяснить, формируются ли обратные связи к определенным нейронным группам, отвечающим за восприятие, в нижних зрительных областях, или же эти связи формируются общими, контекстно-независимыми путями. Полученные данные свидетельствуют о том, что эти связи выполняют обучающую функцию. Их структура не является единой для всех случаев.
Для иллюстрации этого эксперимента ученые создали мышей с крошечными очками, которые изменяли их представление об окружающем пространстве. Одна группа животных воспринимала только края, расположенные под конкретным углом, а вторая – под другим. По словам Петряну, «мир для одних мышей представлялся как вытянутые линии, направленные в одну сторону, а для других – аналогичные линии, но в ином направлении.
Используя метод двухцветной двухфотонной визуализации, исследователи определили параметры настройки и структуру обратной связи между зрительной зоной и расположенными ниже структурами мозга.
Анализ показал, что у животных с различным зрительным опытом наблюдаются значительные различия в характеристиках настройки и структуре обратных связей, которые определяются тем, что они видели с рождения. По словам Петряну, «эти обратные связи демонстрируют зрительный опыт мышей и подтверждают предположение о том, что они отражают связи между зрительными образами, представленными в различных областях мозга и формирующимися в процессе обучения.
[Фото: creativeart / Freepik.com]