Badania pokazują, jak ryby wykrywają szybko poruszające się ofiary
W ramach nowych badań, których wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Science, odkryto mechanizmy funkcjonowania części mózgu, które pomagają danio pręgowanemu śledzić ofiarę. Badania zostały częściowo dofinansowane z unijnego stypendium Marie Curie dla wyjeżdżających naukowców. Odkrycia rzucają również światło na sposób, w jaki człowiek przetwarza niektóre informacje wzrokowe. "Jesteśmy szczególnie wrażliwi na poruszające się obiekty o dużym kontraście, które wypełniają jedynie niewielką część naszego pola widzenia" - wyjaśnia Ehud Isacoff z Krajowego Laboratorium im. Lawrence'a Berkeley'a i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, USA. "Kiedy stoimy przy ruchliwej drodze i śledzimy przejeżdżające samochody, niezwykle ważna jest koordynacja motoryczna w oczach, która umożliwia wzrokowe śledzenie samochodów." W podobny sposób danio pręgowane musi być w stanie wykryć i śledzić małe, szybko poruszające się obiekty, które mogą być smakowitym kąskiem. Kluczem do tej umiejętności ryb jest struktura w mózgu zwana pokrywą wzrokową, która odbiera dane wzrokowe od oka i filtruje je przed wysłaniem sygnałów do części mózgu odpowiedzialnych za ruch. Aby sprawdzić sposób funkcjonowania pokrywy wzrokowej naukowcy stworzyli ryby genetycznie zmodyfikowane, których neurony pokrywy wzrokowej rozbłyskują w momencie aktywowania. Dzięki zastosowaniu szybkiego mikroskopu naukowcy mogli obserwować rozświetlanie się i gaśnięcie poszczególnych neuronów w czasie przekazywania sygnałów. Naukowcy wyświetlali rybom filmy przedstawiające cienkie, poruszające się czarne prążki, które imitowały pod względem wielkości i szybkości typową ofiarę ryby. Wywołały one intensywną aktywność wysyłającej części pokrywy wzrokowej, która nadawała sygnały do regionów mózgu zaangażowanych w pościg za ofiarą. Natomiast kiedy ryby oglądały filmy z dużymi rozbłyskami światła i ciemności, zajmującymi większość ich pola wiedzenia, neurony wysyłające pokrywy wzrokowej pozostawały stosunkowo spokojne. "Zidentyfikowaliśmy różnicę w danych wyjściowych pokrywy wzrokowej między informacjami wzrokowymi, które zajmują całe pole widzenia, a małym obiektem przecinającym je" - zauważa profesor Isacoff. Kolejnym wyzwaniem, jakie czeka zespół, będzie określenie sposobu funkcjonowania pokrywy wzrokowej. Struktura składa się z dwóch warstw. Górna warstwa, która otrzymuje dane wejściowe z siatkówki, zawiera neurony zarówno pobudzające, jak i hamujące. Kiedy siatkówka wykrywa duże obiekty zostaje aktywowana duża liczba komórek w tej warstwie wejściowej, w tym wiele neuronów hamujących. Neurony hamujące zagłuszają sygnał, zatem kiedy dociera on do wewnętrznej, wysyłającej warstwy pokrywy wzrokowej, jest bardzo słaby. "Hamowanie jest tak dominujące, że zagłusza sygnał" - stwierdza profesor Isacoff. Z kolei, kiedy mały obiekt przecina pole wzrokowe ryby, aktywuje się niewielka liczba neuronów hamujących, a sygnał przedostaje się do wysyłającej części pokrywy wzrokowej zasadniczo nie zakłócony. Profesor Isacoff dodaje: "Wiemy, że neurony hamujące mają kluczowe znaczenie dla tego procesu, ponieważ ingerencja w ich funkcjonowanie powoduje utratę przez ryby zdolności do polowania." Naukowcy podkreślają, że pokrywa wzrokowa ma odpowiednik w mózgu ssaków w postaci wzgórka wyższego blaszki czworaczej. Wyniki badań mają zatem znaczenie dla naszej wiedzy na temat sposobu wykrywania i śledzenia małych obiektów przez wzrok człowieka.
Kraje
Stany Zjednoczone