Forscher am National Eye Institute (NEI) definiert haben, eine entscheidende Zeitfenster, die Mäuse müssen auf visuelle Ereignisse. Wie das Gehirn verarbeitet visuelle Informationen, die eine evolutionär konservierte region bekannt wie der superior colliculus benachrichtigt andere Regionen des Gehirns, dass ein Ereignis aufgetreten ist. Die Hemmung dieser Hirnregion bei einer bestimmten 100-Millisekunden-Fenster gehemmt Ereignis-Wahrnehmung in Mäusen. Das Verständnis dieser frühen visuellen Verarbeitung Schritte könnte auch Auswirkungen auf die Bedingungen, die Auswirkungen auf Wahrnehmung und visuellen Aufmerksamkeit, wie Schizophrenie und Aufmerksamkeits-Defizit-Hyperaktivitäts-Störung (ADHS). Die Studie wurde online veröffentlicht in der Journal of Neuroscience.
“Einer der wichtigsten Aspekte der vision ist die schnelle Erkennung von wichtigen Ereignissen, wie die Erkennung von Bedrohungen oder die Möglichkeit für eine Belohnung. Unser Ergebnis zeigt dies hängt von der visuellen Verarbeitung im Hirnstamm nicht nur der visuelle cortex”, sagte Richard Krauzlis, Ph. D., Leiter der Abteilung auf Augenbewegungen und Visuelle Auswahl an NEI und senior-Autor der Studie.
Die visuelle Wahrnehmung—die Fähigkeit, zu wissen, dass man gesehen hat was—hängt davon ab, das Auge und das Gehirn arbeiten zusammen. Erzeugten Signale in der Netzhaut Reisen über retinale ganglion Zelle Nervenfasern an das Gehirn. Bei Mäusen, die 85% der retinalen Ganglienzellen Verbindung zum colliculus superior. Die superior colliculus bietet die Mehrheit der frühe visuelle Verarbeitung bei diesen Tieren. In Primaten, die eine sehr komplexe visuelle cortex übernimmt mehr dieser visuellen Verarbeitung laden, aber 10% der retinalen Ganglienzellen noch die Verbindung zum colliculus superior, dem gelingt einfach, aber notwendig Wahrnehmungs-Aufgaben.
Eine dieser Aufgaben ist die Erkennung, dass ein visuelles Ereignis aufgetreten ist. Die superior colliculus nimmt Informationen aus der retina und cortex, und wenn es ausreichend Hinweise dafür gibt, dass ein Ereignis stattgefunden hat, in der visual-Feld, Neuronen im colliculus superior Feuer. Klassische Experimente in wahrnehmbaren Entscheidungen beinhalten, die ein Thema, wie ein Mensch oder ein Affe, ein Bild anschauen von vertikalen Gitter (eine Reihe von verschwommenen, vertikalen schwarzen und weißen Linien) und entscheiden, ob oder wenn sich das Gitter dreht sich leicht. Im Jahr 2018, Krauzlis und Wang angepasst diese klassischen Experimente in Mäusen, die Eröffnung neuer Wege für die Forschung.
“Zwar müssen wir vorsichtig sein, das übersetzen der Daten von der Maus bis zum Menschen, weil der Unterschied in den visuellen Systemen, Mäuse haben viele der gleichen grundlegenden Mechanismen für Ereignis-Erkennung und der visuellen Aufmerksamkeit als Menschen. Die genetische Werkzeuge zur Verfügung, die für Mäuse, die es uns ermöglichen, zu untersuchen, wie bestimmte Gene und Neuronen sind involviert in die Steuerung der Wahrnehmung”, sagte Lupeng Wang, Ph. D., Erster Autor der Studie.
In dieser Studie von Wang und Kollegen verwendet eine Technik namens optogenetik um eine starke Kontrolle über die Tätigkeit des superior colliculus im Laufe der Zeit. Sie verwendeten genetisch veränderten Mäusen, so dass Sie aktivieren Neuronen im colliculus superior auf on oder off mit einem Lichtstrahl. Diese on-off Schalter könnte zeitlich genau, ermöglicht den Forschern, genau zu bestimmen, wenn die Neuronen des colliculus superior für die Erkennung von visuellen Ereignissen. Die Forscher trainierten Ihre Mäuse zu lecken einen Auslauf, wenn Sie gesehen hatte, ein visuelles Ereignis (eine Drehung in der vertikalen Gitter), und zu vermeiden, zu lecken, den Auslauf, sonst.
Die Hemmung der Zellen des superior colliculus gemacht die Mäuse, die weniger wahrscheinlich zu berichten, dass Sie gesehen hatte, ein Ereignis, und wenn Sie es Taten, Ihre Entscheidung länger dauerte. Die Hemmung hatte sich innerhalb von 100 Millisekunden (ein Zehntel einer Sekunde) Intervall nach dem visuellen Ereignis. Wenn die Hemmung von außen war, dass die 100-Millisekunden-Zeitrahmens, die Maus, die Entscheidungen waren meist unberührt. Die Hemmung war Seite-spezifisch: da die Zellen der Netzhaut überqueren und die Verbindung zum colliculus superior auf der gegenüberliegenden Seite des Kopfes (das linke Auge ist mit dem rechten colliculus superior und Umgekehrt), die Hemmung der rechten Seite des superior colliculus depressive Reaktionen auf Reize auf der linken Seite, aber nicht auf der rechten Seite.
“Die Fähigkeit, vorübergehend zu blockieren die übertragung von neuronalen Signalen mit solch präzise Zeitmessung ist eine der großen Vorteile der Verwendung von optogenetik in Mäusen und zeigt genau, Wann die entscheidende Signale durch die Schaltung,” sagte Wang.
Interessanterweise fanden die Forscher, dass die Defizite mit superior colliculus Hemmung waren viel mehr ausgeprägt, wenn die Mäuse wurden gezwungen, Dinge zu ignorieren anderswo geschieht, die in Ihrer visuellen Feld. Im wesentlichen, ohne die Aktivität des colliculus superior, die Mäuse waren nicht in der Lage, ablenkende visuelle Ereignisse. Diese Fähigkeit zu ignorieren, visuelle Ereignisse, genannt visuellen Aufmerksamkeit, ist von entscheidender Bedeutung für die Navigation in der komplexen visuellen Umgebungen in der realen Welt.
