Нейроны зрительной коры оказались универсальными

Эксперимент на макаках показал, что, вопреки общепринятой модели, цвет, форму и ориентацию видимых предметов обрабатывают одни и те же нейроны первичной зрительной коры головного мозга. Статья опубликована в Science.

Импульсы от нейронов сетчатки глаза сперва поступают в латеральное коленчатое тело, а затем — в зрительную кору головного мозга. Ее основной и наиболее древний (развившийся раньше остальных) слой — первичная зрительная кора, которая расположена в затылочной доле обоих полушарий. Она отвечает за обработку всех сознательно воспринимаемых зрительных стимулов, однако конкретные механизмы обработки зрительной информации в этой области коры до сих пор остаются недостаточно изученными.

Согласно ранним исследованиям, нейроны первичной зрительной коры строго делятся на те, которые обрабатывают цвет, и те, которые обрабатывают данные о форме и ориентации объектов. Позднее появились и критические работы, которые постулировали, что любой нейрон в этой зоне мозга может обрабатывать информацию и по цвету, и по форме, и по расположению видимых предметов. Чтобы выяснить, какая из этих двух моделей верна, ученые во главе с Эдвардом Коллуэем (Edward Callaway) из Института биологических исследований Солка провели эксперимент на макаках-крабоедах (Macaca fascicularis).

Ученые использовали кальциевую визуализацию работы головного мозга: они ввели индикаторный флуоресцентный белок GCaMP6f в первичную зрительную кору мозга макак. Чтобы добиться детальной картины происходящего в зрительной коре живых макак, ученые оценивали излучение от индикаторного белка GCaMP6f с помощью двухфотонного лазерного микроскопа, работающего в инфракрасном диапазоне. Благодаря большой длине волны его излучение проникает достаточно глубоко в мозг подопытного животного, не нанося тому заметного вреда и в то же время усиливая свечение индикаторного белка.

С помощью этого метода ученые смогли отследить активность сразу 4351 нейрона по отдельности. Чтобы проверить, какие нейроны отвечают за восприятие цвета, а какие — за форму и ориентацию наблюдаемых объектов, авторы показывали подопытным животным различные визуальные стимулы: наборы цветных и бесцветных точек и пятен.

В результате удалось установить, что 46,4 процента всех нейронов первичной зрительной коры сильнее реагируют на цветовые стимулы, а остальные — на бесцветные визуальные образы. Но при этом большинство (более 90 процентов) цветочувствительных нейронов также были чувствительны и к форме, и к расположению наблюдаемых макаками на экране статичных изображений (точек и полос). Таким образом, наблюдения за нейронной активностью показали, что и цвет, и ориентация, и форма предметов могут обрабатываться одними и теми же группами нейронов.

Авторы, отсылая к работам других научных групп, отмечают, что найденные ими нейроны первичной зрительной коры чувствительны и к цвету, и к ориентации, также тесно связаны с нейронами бледных полос вторичной зрительной коры (параллельные полосы ее клеток, чувствительные к ориентации зрительных стимулов). На основе этого они предполагают, что бледные полосы вторичной зрительной коры могут играть особую роль в совместной обработке сигналов о форме и цвете визуальных образов. В отличие от бледных полос, тонкие полосы вторичной зрительной коры (узкие полосы клеток, чувствительных к цвету), предполагают исследователи, связаны в основном с обработкой данных о наблюдаемых цветах.

Особенности функционирования зрительной коры головного мозга — активно изучаемая область. Ранее мы уже писали о том, что задачи, которые выполняет зрительная кора головного мозга, не являются неизменными: например, у людей с приобретенной слепотой эта часть коры начинает отвечать за обработку речи. Более того, отдельные работы показывают, что даже полная потеря первичной зрительной коры обоих полушарий, несмотря на то, что сопровождается субъективной слепотой, не означает потерю человеком способности ориентироваться в пространстве с помощью зрения.

Иван Ортега