Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã xác định một cửa sổ thời gian quan trọng mà chuột cần phải quan tâm đến các sự kiện trực quan.
Các nhà nghiên cứu tại Viện Mắt Quốc gia (NEI) đã xác định một cửa sổ thời gian quan trọng mà chuột cần phải quan tâm đến các sự kiện thị giác. Khi não xử lý thông tin hình ảnh, một khu vực được bảo tồn tiến hóa được gọi là colliculus vượt trội thông báo cho các khu vực khác của não rằng một sự kiện đã xảy ra. Ức chế vùng não này trong một cửa sổ cụ thể 100 mili giây đã ức chế nhận thức sự kiện ở chuột. Hiểu các bước xử lý thị giác sớm này có thể có ý nghĩa đối với các điều kiện ảnh hưởng đến nhận thức và sự chú ý thị giác, như tâm thần phân liệt và rối loạn tăng động giảm chú ý (ADHD). Nghiên cứu được công bố trực tuyến trên Tạp chí Khoa học thần kinh . NEI là một phần của Viện Y tế Quốc gia.
Richard Krauzlis, Trưởng bộ phận Chuyển động mắt và Lựa chọn thị giác tại NEI và là tác giả chính của nghiên cứu chia sẻ: “Một trong những khía cạnh quan trọng nhất của tầm nhìn là phát hiện nhanh các sự kiện quan trọng, như phát hiện các mối đe dọa hoặc cơ hội nhận phần thưởng. Kết quả của chúng tôi cho thấy điều này phụ thuộc vào xử lý hình ảnh ở trung não, không chỉ vỏ não”.
Nhận thức thị giác – khả năng của một người để biết rằng người ta đã nhìn thấy một cái gì đó – phụ thuộc vào mắt và não làm việc cùng nhau. Tín hiệu được tạo ra trong võng mạc di chuyển qua các sợi thần kinh tế bào hạch võng mạc đến não. Ở chuột, 85% tế bào hạch võng mạc kết nối với colliculus vượt trội. Các colliculus vượt trội cung cấp phần lớn xử lý hình ảnh sớm ở những động vật này. Ở loài linh trưởng, vỏ thị giác rất phức tạp chiếm nhiều tải trọng xử lý thị giác này, nhưng 10% tế bào hạch võng mạc vẫn kết nối với colliculus cao cấp, quản lý các nhiệm vụ nhận thức cơ bản nhưng cần thiết.
Một trong những nhiệm vụ này là phát hiện ra rằng một sự kiện trực quan đã xảy ra. Các colliculus vượt trội lấy thông tin từ võng mạc và vỏ não, và khi có đủ bằng chứng cho thấy một sự kiện đã xảy ra trong lĩnh vực thị giác, các tế bào thần kinh trong colliculus vượt trội. Các thí nghiệm cổ điển trong việc ra quyết định nhận thức liên quan đến việc có một đối tượng như một người hay một con khỉ nhìn vào một hình ảnh của cách tử dọc (một loạt các đường thẳng đen và trắng mờ) và quyết định xem hoặc khi cách tử xoay nhẹ. Năm 2018, Krauzlis và Wang đã điều chỉnh các thí nghiệm cổ điển này cho chuột, mở ra con đường mới cho nghiên cứu.
Lupeng Wang, tiến sĩ, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Mặc dù chúng tôi phải thận trọng khi chuyển dữ liệu từ chuột sang người, vì sự khác biệt trong hệ thống thị giác, chuột có nhiều cơ chế cơ bản giống nhau để phát hiện sự kiện và chú ý thị giác như con người. Công cụ di truyền dành cho chuột cho phép chúng tôi nghiên cứu cách thức các gen và tế bào thần kinh cụ thể có liên quan đến việc kiểm soát nhận thức”.
Trong nghiên cứu này, Wang và các đồng nghiệp đã sử dụng một kỹ thuật gọi là optogenetic để kiểm soát chặt chẽ hoạt động của colliculus vượt trội theo thời gian. Họ đã sử dụng chuột biến đổi gen để có thể bật hoặc tắt các nơ-ron thần kinh trong các colliculus vượt trội bằng cách sử dụng một chùm ánh sáng. Công tắc bật tắt này có thể được định thời chính xác cho phép các nhà nghiên cứu xác định chính xác thời điểm tế bào thần kinh của colliculus vượt trội được yêu cầu để phát hiện các sự kiện thị giác. Các nhà nghiên cứu đã huấn luyện những con chuột của chúng liếm một vòi khi chúng nhìn thấy một sự kiện thị giác (một vòng quay theo cách thẳng đứng) và để tránh liếm vòi khác.
Ức chế các tế bào của colliculus vượt trội khiến chuột ít có khả năng báo cáo rằng chúng đã thấy một sự kiện và khi chúng xảy ra, quyết định của chúng mất nhiều thời gian hơn. Sự ức chế đã xảy ra trong khoảng thời gian 100 mili giây (một phần mười giây) sau sự kiện thị giác. Nếu sự ức chế nằm ngoài khung thời gian 100 mili giây đó, các quyết định của chuột hầu như không bị ảnh hưởng. Sự ức chế là đặc hiệu phụ: bởi vì các tế bào võng mạc vượt qua và kết nối với colliculus cao hơn ở phía đối diện của đầu (mắt trái được kết nối với colliculus cao cấp bên phải và ngược lại), ức chế phía bên phải của colliculus cao cấp phản ứng chán nản với các kích thích ở bên trái nhưng không phải ở bên phải.
Khả năng ngăn chặn tạm thời việc truyền tín hiệu thần kinh với thời gian chính xác như vậy là một trong những lợi thế lớn của việc sử dụng optogenetic ở chuột và tiết lộ chính xác khi các tín hiệu quan trọng đi qua mạch.
Thật thú vị, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng thâm hụt với sự ức chế colliculus vượt trội rõ rệt hơn nhiều khi những con chuột bị buộc phải bỏ qua những điều xảy ra ở nơi khác trong lĩnh vực thị giác của chúng. Về cơ bản, không có hoạt động của colliculus vượt trội, những con chuột không thể bỏ qua các sự kiện thị giác gây mất tập trung. Khả năng bỏ qua các sự kiện thị giác được gọi là sự chú ý trực quan rất quan trọng để điều hướng các môi trường hình ảnh phức tạp của thế giới thực.
Colliculus cao cấp là một mục tiêu tốt để thăm dò các chức năng này bởi vì nó có bản đồ thế giới thị giác được sắp xếp gọn gàng. Và nó được kết nối với các khu vực được tổ chức gọn gàng hơn, như hạch nền, liên quan trực tiếp đến một loạt các rối loạn tâm thần kinh ở người. Nó giống như nắm tay một người bạn khi bạn chạm vào ẩn số.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi NIH / Viện mắt quốc gia . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :