Kada se svetlosni uslovi brzo menjaju, naše oči moraju da reaguju na ovu promenu u delićima sekunde da bi održale stabilnu vizuelnu obradu. Ovo je neophodno kada se, na primer, vozimo kroz šumu i krećemo se kroz naizmenične delove senki i čiste sunčeve svetlosti.
„U ovakvim situacijama nije dovoljno da se fotoreceptori prilagode, već je potreban dodatni korektivni mehanizam“, rekla je profesorka Marion Silijes sa Univerziteta Johanes Gutenberg u Majncu (JGU). Raniji rad koji je preduzela njena istraživačka grupa već je pokazao da takav korektivni mehanizam „kontrole pojačanja“ postoji u voćnoj mušici Drosophila melanogaster, gde deluje direktno nizvodno od fotoreceptora.
Siliesov tim je sada uspeo da identifikuje algoritme, mehanizme i neuronske mreže koji omogućavaju mušici da održi stabilnu vizuelnu obradu kada se nivoi svetlosti brzo menjaju. Odgovarajući članak se pojavljuje u Nature Communications.
Naš vid mora tačno da funkcioniše u mnogim različitim situacijama – kada se krećemo u svom okruženju, kao i kada naše oči prate objekat koji se kreće iz svetlosti u senku. Ovo se odnosi na nas ljude i na hiljade životinjskih vrsta koje se u velikoj meri oslanjaju na viziju za navigaciju.
Brze promene u osvetljenosti takođe su problem u svetu neživih objekata kada je u pitanju obrada informacija pomoću navigacionih sistema zasnovanih na kameri, na primer. Dakle, mnogi automobili koji se sami voze zavise od dodatne radarske ili lidarske tehnologije za pravilno izračunavanje kontrasta objekta u odnosu na njegovu pozadinu.
„Životinje su sposobne da to urade bez takve tehnologije. Stoga smo odlučili da vidimo šta možemo da naučimo od životinja o tome kako se vizuelne informacije stabilno obrađuju u uslovima osvetljenja koji se stalno menjaju“, objasnio je Silijes, raspravljajući o istraživačkom pitanju.
Složeno oko Drosophila melanogaster sastoji se od 800 pojedinačnih jedinica, ili ommatidija. Kontrast između objekta i njegove pozadine se postsinaptički određuje pomoću fotoreceptora. Međutim, ako se uslovi osvetljenja iznenada promene, kao u slučaju objekta koji se kreće u senku drveta, postojaće razlike u kontrastnim reakcijama. Bez kontrole pojačanja, ovo bi imalo posledice na sve naredne faze vizuelne obrade, što bi rezultiralo drugačijim izgledom objekta.
Nedavna studija sa glavnim autorom dr Burakom Gurom koristila je dvofotonsku mikroskopiju da opiše gde su u vizuelnim kolima prvi put generisani stabilni kontrastni odgovori. Ovo je dovelo do identifikacije tipova neuronskih ćelija koje su postavljene dve sinapse iza fotoreceptora.
Ovi tipovi ćelija reaguju samo veoma lokalno na vizuelne informacije. Da bi pozadinska osvetljenost bila ispravno uključena u proračunski kontrast, ove informacije trebaju usko prostorno udruživanje, kao što je otkriveno računarskim modelom koji je implementirala koautorka dr Luisa Ramirez.
„Počeli smo sa teorijskim pristupom koji je predvideo optimalni radijus u slikama prirodnog okruženja kako bismo uhvatili pozadinsku osvetljenost u određenom regionu u vizuelnom prostoru, dok smo, paralelno, tražili tip ćelije koji ima funkcionalna svojstva da to postigne, “ rekao je Silijes, šef laboratorije za neuronska kola na JGU Institutu za razvojnu biologiju i neurobiologiju (IDN).
Tim neuronaučnika sa sedištem u Majncu identifikovao je tip ćelije koji ispunjava sve potrebne kriterijume. Ove ćelije, označene kao Dm12, prikupljaju signale osvetljenosti preko određenog radijusa, što zauzvrat koriguje kontrastni odgovor između objekta i njegove pozadine u uslovima brzog menjanja svetlosti.
„Otkrili smo algoritme, kola i molekularne mehanizme koji stabilizuju vid čak i kada dođe do brzih promena osvetljenosti“, rezimirao je Silijes, koji je istraživao vizuelni sistem voćne mušice u poslednjih 15 godina. Ona predviđa da se kontrola pojačanja osvetljenosti kod sisara, uključujući ljude, sprovodi na sličan način, posebno pošto je neophodan neuronski supstrat dostupan.
