Un studiu recent oferă noi detalii despre modul în care creierul vertebratelor transformă semnalele senzoriale separate într-o percepție unitară asupra mediului înconjurător. Cercetarea, condusă de profesorul Emre Yakşi de la Universitatea Norvegiană de Știință și Tehnologie (NTNU) și Universitatea Koç, a analizat modul în care creierul peștilor zebră procesează stimulii vizuali și vibrațiile. Rezultatele indică faptul că aceste organisme folosesc un sistem ierarhic bine structurat pentru a organiza și combina informațiile senzoriale, funcționând după o logică computațională foarte similară cu cea întâlnită la creierul mamiferelor, în ciuda diferențelor anatomice semnificative.
- Creierul peștilor zebră folosește o arhitectură ierarhică pentru a integra semnalele vizuale și vibrațiile din apă.
- Complexul preglomerular și palliumul îndeplinesc roluri funcționale similare cu sistemul talamocortical al mamiferelor.
- Cercetătorii au identificat neuroni cu rol de detectori de coincidență, care se activează puternic doar când doi stimuli diferiți au loc în același timp.
Semnalele senzoriale urmează căi separate înainte de integrare
În mod normal, mediul înconjurător furnizează creierului o gamă variată de stimuli — de la imagini și sunete până la vibrații și mirosuri. La mamifere, talamusul joacă un rol central în recepționarea acestor canale de informație și direcționarea lor către scoarța cerebrală. În primele etape, semnalele rămân izolate, fiind combinate treptat pe măsură ce avansează în rețelele corticale pentru a forma o percepție coerentă.
Pentru a stabili dacă acest principiu funcționează și la alte vertebrate, echipa de cercetare a analizat comportamentul și activitatea neuronală a peștilor zebră tineri. Datorită dimensiunilor reduse și transparenței optice a corpului lor, acești pești le permit oamenilor de știință să observe activitatea neuronală în timp real, la scară largă, în creierul viu.
Investigația a arătat că stimulii vizuali și vibrațiile din apă ajung inițial în complexul preglomerular (PG), care funcționează ca o sursă principală de informație senzorială orientată către pallium, echivalentul evolutiv al cortexului cerebral de la mamifere.
Neuronii specializați identifică stimulii care au loc simultan
În faza inițială de procesare, căile neuronale din complexul preglomerular rămân distincte în funcție de tipul de stimul și de poziția spațială. Totuși, odată ce informația ajunge în pallium, organizarea devine semnificativ mai complexă. Unii neuroni răspund exclusiv la un singur tip de semnal, în timp ce alții sunt capabili să proceseze intrări senzoriale multiple.
Un element esențial descoperit de echipa condusă de profesorul Yakşi este prezența unor neuroni cu răspunsuri nelineare, denumiți detectori de coincidență. Aceste celule rămân inactive atunci când peștele zebră percepe doar o lumină sau doar o vibrație, dar declanșează o activitate puternică atunci când ambele semnale apar simultan.
Pentru capacitatea de adaptare a organismului, această procesare înseamnă că creierul poate determina cu precizie dacă două evenimente senzoriale distincte provin din aceeași sursă externă. O astfel de integrare este critică pentru declanșarea rapidă a reacțiilor defensive sau de orientare.
O logică computațională comună rezultată din evoluția convergentă
Trecerea de la neuroni specializați pe un singur simț la celule multisenzoriale reflectă îndeaproape arhitectura ierarhică observată în sistemul talamocortical al mamiferelor.
Deși linia evolutivă a peștilor s-a separat de cea a mamiferelor cu sute de milioane de ani în urmă, ambele grupuri au dezvoltat soluții funcționale echivalente pentru a rezolva problema interpretării mediului. Această descoperire sugerează că procesarea ierarhică reprezintă un principiu organizațional convergent în evoluția creierului vertebratelor.
În etapele următoare ale cercetării, oamenii de știință își propun să examineze identitatea celulară și moleculară a acestor circuite neuronale, precum și modul în care neuronii multisenzoriali influențează învățarea, luarea deciziilor și comportamentul adaptativ.
Cum considerați că ajută înțelegerea principiilor comune ale creierului la dezvoltarea noilor tehnologii inspirate din biologie? Vă invităm să vă lăsați părerea în secțiunea de comentarii.
