Es gibt Hunderte von tausenden von verschiedenen Farben und Formen, die ein Mensch unterscheiden kann visuell, aber wie wird das Gehirn verarbeitet alle diese Informationen? Wissenschaftler bisher angenommen, dass das visuelle system zunächst kodiert in Form und Farbe mit verschiedenen Gruppen von Neuronen und verbindet sich dann viel später. Aber eine neue Studie von Salk-Forschern, veröffentlicht in der Wissenschaft am Juni 27, 2019, zeigt, dass es Neuronen reagieren selektiv auf bestimmte Kombinationen von Farbe und Form.
„Neue genetische sensoren und imaging-Technologien, die uns erlaubt haben, mehr gründlich testen der Verbindung zwischen visual schaltungen, Verfahren Farbe und Form“, sagt Edward Callaway, senior-Autor und professor am Salk-Systeme Neurobiologie Labor. „Diese Ergebnisse liefern wertvolle Einblicke darüber, wie visual-schaltungen verbunden sind und im Gehirn organisiert.“
Ähnlich einem digitalen Kamera-sensor, lichtempfindliche Zellen im Auge (Photorezeptoren) erkennen, die Wellenlängen von Licht in bestimmten Bereichen und an bestimmten Orten. Diese information gelangt dann über den Sehnerv an Neuronen in der visuellen Kortex, dass die Informationen interpretieren und beginnen, Sie zu entziffern, den Inhalt des Bildes. Die Wissenschaftler lange gedacht, dass Farbe und Form extrahiert wurden einzeln und dann kombiniert nur auf der höchsten Zentren des Gehirns, aber die neue Salk-Forschung zeigt, dass Sie kombiniert werden, viel früher.
„Das Ziel unserer Studie war es, besser zu verstehen, wie das visuelle system verarbeitet die Farben und Formen der visuellen Reize“, sagt co-erste Autor des Garg, der an der Universität von Kalifornien in San Diego MD/PhD-student in der Callaway-Labor. „Wir wollten für die Anwendung der neuen bildgebenden Techniken zu beantworten, diese schon lange bestehende Fragen über die visuelle Verarbeitung.“
Die Forscher verwendeten imaging-Technologie, die in Kombination mit gentechnisch ausgedrückt sensoren zur Untersuchung der Funktion von tausenden von einzelnen Neuronen involviert sind in der Verarbeitung von Farbe und Form in den primären visuellen cortex. Während lange Aufnahme-Zeiten, etwa 500 mögliche Kombinationen von Farbe und Form wurden getestet, um zu finden, die Impulse, die am besten aktiviert jedes visuell-responsive neuron.
Das team fand heraus, dass visuelle Neurone selektiv reagiert in Form und Farbe entlang eines Kontinuums — während einige Neuronen waren nur aktiviert, indem entweder eine bestimmte Farbe oder Form, von vielen anderen Neuronen waren ansprechbar für eine bestimmte Farbe und Form gleichzeitig, im Gegensatz zu dem lang gehegten Vorstellungen darüber, wie der visuellen Verarbeitung funktioniert.
„Unser Gehirn codiert visuelle Informationen effizient mit schaltungen, die sind elegant gestaltet. Im Gegensatz zu dem, was im Klassenzimmer gelehrt — die Farbe und form verarbeitet werden separat in den frühen visuellen cortex und dann später eingebunden durch unbekannte Mechanismen-das Gehirn codiert die Farbe und form gemeinsam in einer systematischen Art und Weise“, sagt Peichao Li, co-erste Autor und ein postdoctoral fellow in der Callaway-Labor.
„Für die letzten 20 Jahre habe, wollte ich wissen, wie das visuelle system verarbeitet Farben, also diese Entdeckung ist wirklich aufregend für mich“, sagt Callaway, wer hält die Vincent J. Coates Stuhl in der Molekularen Neurobiologie. „Diese Entdeckung legt so den Grundstein für das Verständnis, wie neuronale schaltkreise machen die Berechnungen, die dazu führen, color vision. Wir freuen uns auf aufbauend auf diese Erkenntnisse zu ermitteln, wie sich die Neuronen im visuellen Kortex arbeiten zusammen, um zu extrahieren, Farben und Formen.“