Искусственные и естественные зрительные стимулы вызывают совершенно разную динамику нейронов в зрительной коре. Здесь показаны ответы нейрона зрительной коры на искусственный (вверху) и естественный (внизу) визуальный стимул.
В любой момент нейронные цепи мозга получают и обрабатывают сенсорную информацию, которая позволяет нам воспринимать окружающую среду и взаимодействовать с ней. Однако остается неясным, как зрительный мозг обрабатывает естественные стимулы. Совместно с международной командой исследователей из Национального центра научных исследований (CNRS) в Марселе, CNRS в Гиф-сюр-Иветт и Университета штата Нью-Йорк нейробиологи Йенс Кремков и Ад Аэрцен из Бернштейнского центра во Фрайбурге разработали новая вычислительная модель, которая имитирует, как нейроны зрительной коры обрабатывают сенсорные стимулы. Эта модель может помочь нейробиологам лучше понять, как нейронные сети в зрительной системе обрабатывают естественные стимулы. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Neural Circuits.
На протяжении десятилетий исследователи использовали простые искусственные стимулы, такие как движущиеся полосы, для изучения функции нейронных цепей в зрительной системе. В последние годы естественные стимулы от восприятия повседневной жизни стали играть все более важную роль в нейробиологических экспериментах. "Исследования показали, что активность нейронов первичной зрительной коры принципиально различалась при воздействии искусственных или естественных раздражителей. В то время как искусственные стимулы вызывали сильные, но изменяющиеся во времени реакции нейронов, ответы нейронов на естественные стимулы были слабыми, но точными во времени. Но мы все еще не понимали, почему нейронные сети меняют динамику своей активности в этих случаях," говорит Кремков. С помощью своей модели Кремков и его коллеги предоставили возможное объяснение: отличительные нейронные реакции могут быть результатом особенностей, обычно обнаруживаемых в проводящих путях между сетчаткой и корой головного мозга.
В частности, точное взаимодействие возбуждающих и тормозных синаптических входов в рецептивных полях нейронов зрительной коры, как оказалось, играет важную роль. Восприимчивые поля нейронов зрительной коры работают аналогично сенсору камеры. Они не доставляют четких изображений окружающей среды, а скорее кодируют определенные свойства визуальной сцены и содержат возбуждающие и тормозящие области. Искусственные стимулы вызывали временно не перекрывающиеся возбуждение и торможение и сильные нейронные реакции. С другой стороны, когда нейроны подвергались воздействию естественных стимулов, возбуждение и торможение коррелировали во времени, что объясняет слабые реакции нейронов при естественном просмотре. По мнению Кремкова и Аэрцена, этот так называемый механизм толкания и вытягивания может также применяться к нейронной обработке естественных стимулов в других сенсорных системах. Возможно, его неисправность даже может быть связана с нарушениями восприятия, и в этом случае эти результаты могут вызвать больше вопросов для медицинских исследований.