Ono što vidimo nije samo neuronska reprezentacija obrasca svetlosti u oku, već interpretacija ove slike, kojoj doprinose naše potrebe i očekivanja. Ovi faktori su oblikovani ranijim iskustvima i takođe zavise od unutrašnjih stanja kao što su naša aktivnost u ponašanju i naša budnost ili pažnja—često zajednički poznati kao „uzbuđenje“.
U novoj studiji koja je nedavno objavljena u časopisu PLOS Biology, istraživači sa LMU, Univerziteta u Frajburgu i Bernstein centra za računarsku neuronauku analizirali su neuronsku aktivnost u vizuelnom talamusu.
Ovo je oblast mozga koja prima vizuelne signale direktno iz oka preko optičkog nerva pre nego što ih obradi i prenese dalje. Tačnije, istražili su dorzalno lateralno genikulativno jezgro talamusa (dLGN), primarni interfejs za vizuelne signale od mrežnjače do vizuelnog korteksa.
„Odavno je poznato da neuroni dLGN-a, kao i neuroni u drugim talamičkim jezgrima, pokazuju upadljive obrasce aktivnosti koji su povezani sa uzbuđenjem“, objašnjava profesorka LMU Laura Busse, vodeći istraživač studije i uskoro glavni istraživač u klaster izvrsnosti SiNergi.
Posebno su opisana dva režima okidanja zavisna od stanja: rafalno pucanje, koje se javlja tokom stanja niskog uzbuđenja i neaktivnosti u ponašanju; i toničko ispaljivanje, koje se primećuje tokom stanja budnosti.
„Ovo je dovelo do hipoteze da jezgra talamusa koriste režime rafala i toničnog pucanja da bi dinamički kontrolisali ili modifikovali protok informacija do i između kortikalnih oblasti u skladu sa stanjem uzbuđenja životinje.“
Međutim, ovaj predlog još nije eksperimentalno testiran. „Neuralni mehanizmi pomoću kojih uzbuđenje utiče na obradu vizuelnih informacija ostaju uglavnom neobjašnjivi.“
U novoj studiji, Busseov tim je direktno uporedio aktivnost merenu u talamusu sa stepenom uzbuđenja. „Uzbuđenje se ogleda u prečniku zenice sisara, pri čemu veće zenice ukazuju na pobuđeno stanje“, objašnjava neurobiolog.
Na ovaj način možemo zaključiti o stanju uzbuđenja životinje na osnovu promena u veličini njihovih zenica. Povezano istraživanje aktivnosti talamusa i zenice pomoglo je Busseovom timu da dobije jasnu perspektivu o vezi između talamičke aktivnosti i stepena uzbuđenja.
„Otkrili smo da se tokom određenih faza širenja i sužavanja zenice javljaju različiti obrasci neuronske aktivacije“, kaže profesor Kristijan Lajbold sa Univerziteta u Frajburgu i Bernštajn centra za računarsku neuronauku, jedan od starijih autora studije.
„Električna aktivnost u vizuelnom talamusu je povezana sa dinamikom zenice u vremenskim okvirima u rasponu od sekundi do nekoliko minuta.“ Ova modulacija obrazaca neuronske aktivnosti tokom uzbuđenja bila je snažna: nije zavisila od drugih faktora, kao što je ono što je životinja videla ili da li se kreće, mirno sedi ili pomera oči.
„Naše istraživanje stoga pokazuje da se osnovne vizuelne informacije prenose diferencijalnim kodiranjem na ‘viša’ područja mozga kao što je vizuelni korteks u različitim fazama uzbuđenja“, kaže neurobiolog Busse. Ovo daje prvo mehaničko objašnjenje kako na vizuelnu percepciju mogu uticati promene u stanju uzbuđenja.
„Naši rezultati podržavaju hipotezu da modulacija zavisna od uzbuđenja nije jedinstven proces, već verovatno međuigra promena koje se dešavaju u različitim vremenskim okvirima.“
