حالا یا هرگز! پیش‌آمد‌های بصری ۱۰۰ میلی‌ثانیه وقت دارند که به مغز برسند، وگرنه مورد ‌توجه قرار نخواهند گرفت

محققان انستیتوی ملی چشم آمریکا (NEI، بخشی از مؤسسه‌ی ملی بهداشت) یک بازه‌ی زمانی حیاتی را تعریف کرده‌اند که موش‌ها باید در پیش‌آمدهای بصری از اطلاعات آن استفاده ‌کنند. هنگامی که مغز اطلاعات بصری را پردازش می‌کند، یک منطقه‌ی محافظت شده‌ی تکامل‌یافته به‌عنوان کالیکولوس فوقانی به سایر مناطق مغز اطلاع می‌دهد که یک واقعه رخ داده است. بازداری این ناحیه‌ی مغز طی یک بازه‌ی مشخص ۱۰۰ میلی‌ثانیه‌ای مانع درک رویداد در موش‌ها می‌شود. درک این مراحل اولیه پردازش بینایی می‌تواند پیامدهایی برای شرایطی داشته باشد که بر درک و توجه بینایی تأثیر می‌گذارد، مانند اسکیزوفرنی و اختلال کمبود توجه-بیش فعالی (ADHD).

دکتر ریچارد کراوزلیس، از NEI و نویسنده‌ی ارشد این مطالعه، گفت:"یکی از مهمترین جنبه‌های بینایی، تشخیص سریع وقایع مهم مانند تشخیص تهدیدات یا فرصتی برای پاداش است. نتایج ما نشان می‌دهد که این امر، نه‌تنها به قشر بینایی، بلکه به پردازش بصری در میان‌مغز (midbrain) نیز بستگی دارد.

ادراک بصری - توانایی فرد در فهمیدن اینکه چه چیزی را دیده است - به چشم و مغز که با هم کار می‌کنند بستگی دارد. سیگنال‌های ایجاد ‌شده در شبکیه از طریق فیبرهای عصبی سلول گانگلیونی شبکیه به مغز ارسال می‌شوند. در موش‌ها، ٪۸۵ از سلول‌های گانگلیونی شبکیه به کالیکولوس فوقانی متصل می‌شوند. کالیکولوس فوقانی اکثر مراحل اولیه‌ی پردازش بینایی در این حیوانات را فراهم می‌کند. در پستانداران، قشر بیناییِ بسیار پیچیده بیشتر این بار پردازش بصری را به دوش می‌کشد، اما ۱۰٪ از سلول‌های گانگلیونی شبکیه هنوز به کالیکولوس فوقانی متصل می‌شوند، که وظایف ادراکی اساسی اما ضروری را مدیریت می‌کند.

یکی از این وظایف، تشخیص وقوع یک پیش‌آمد بصری است. کالیکولوس فوقانی اطلاعاتی از شبکیه و قشر مغز می‌گیرد و هنگامی که شواهد کافی مبنی بر وقوع یک رویداد در میدان بینایی وجود داشته باشد، سلول‌های عصبی کالیکولوس فوقانی تولید پتانسیل عمل می‌کنند. آزمایش‌های کلاسیک در تصمیم‌گیری ادراکی روی یک مورد مطالعه، مانند یک شخص یا میمون ، صورت می‌گیرند به نحوی که به تصویری از ساختار‌های عمودی (یک سری خطوط عمودی سیاه و سفید تار) نگاه می‌کنند و تشخیص می‌دهند که چه موقع این ساختار کمی می‌چرخد. در سال ۲۰۱۸، کراوزلیس و وانگ این آزمایش‌های کلاسیک را برای موش‌ها انجام دادند و مسیر‌های جدیدی را برای تحقیقات بیشتر باز‌کردند.

در این مطالعه، وانگ و همکارانش از تکنیکی به نام اپتوژنتیک برای کنترل دقیق فعالیت کالیکولوس فوقانی طی زمان استفاده کردند. آنها از موش‌های اصلاح شده ژنتیکی استفاده‌کردند تا بتوانند نورون‌ها را در کالیکولوس فوقانی با استفاده از پرتوی نور، فعال یا غیرفعال (روشن-خاموش) کنند. این سوئیچ روشن-خاموش می‌تواند دقیقاً به موقع انجام شود و برای محققان این امکان را فراهم سازد که دقیقاً بدانند چه زمانی نورون‌های کالیکولوس فوقانی برای تشخیص وقایع بصری مورد استفاده قرار می‌گیرند. محققان موش‌های خود را آموزش داده‌اند تا وقتی یک رویداد تصویری را دیدند (چرخش در ساختار عمودی)، مایعی را لیس بزنند و درغیر این صورت از لیسیدن خودداری کنند.

بازداری سلول‌های کالیکولوس فوقانی باعث شد موش‌ها کمتر گزارش کنند که شاهد رویدادی بوده‌اند و وقتی که این کار را انجام دادند تصمیم‌گیری آنها طولانی‌تر شد. بازداری باید در فاصله ۱۰۰ میلی‌ثانیه (یک دهم ثانیه) پس از پیش‌آمد بصری رخ دهد. اگر بازداری خارج از آن بازه‌ی زمانی ۱۰۰ میلی‌ثانیه‌ای بود، تصمیمات موش‌ها عموما تاثیر نمی‌پذیرفت. این بازداری با سمت و جهت مرتبط بود: زیرا سلول‌های شبکیه از طرف مخالف سر به کالیکولوس فوقانی اتصال دارند (چشم چپ به کالیکولوس فوقانی راست متصل می‌شود و برعکس). بازداری سمت راست کالیکولوس فوقانی پاسخ به محرک‌های سمت چپ، نه راست، را کم‌اثر می‌کند.

وانگ گفت: "امکان مسدود‌کردن موقت انتقال سیگنال‌های عصبی با چنین زمان بندی دقیق، یکی از مزایای بسیار مهم استفاده از اپتوژنتیک در موش‌ها است و دقیقاً زمانی که سیگنال‌های مهم از مدار عبور می‌کنند، را مشخص می‌سازد."

جالب اینجاست که محققان دریافتند که وقتی موش‌ها مجبور شدند اتفاقاتی که در اطراف میدان دیدشان رخ می‌دهد را نادیده بگیرند، تاثیر بازداری کالیکولوس فوقانی قابل‌توجه‌تر بود. در اصل، بدون فعالیت کالیکولوس فوقانی، موش‌ها قادر به نادیده گرفتن پیش‌آمد‌‌های بصری نبودند. این توانایی برای نادیده‌گرفتن پیش‌آمد‌های بصری، به نام توجه بصری، برای مسیریابی در محیط‌های پیچیده بصری دنیای واقعی بسیار مهم است.

منبع: مؤسسه ملی سلامت آمریکا (NIH)