Beynimiz, gözlerimizi açtığımız ilk andan itibaren çevremizdeki dünyanın iç temsillerini yaratmaya başlar. Görsel korteksteki nöronlar sayesinde sahnelerin bileşenlerini tanınabilir nesnelere algılayarak algılıyoruz.
Bu işlem, beynin arkasındaki birincil görsel korteksden temporal loblara kadar uzanan ventral görsel kortikal yol boyunca gerçekleşir. Bu yol boyunca spesifik nöronların, bulundukları yere bağlı olarak belirli bilgi türlerini ele aldığı ve görsel bilginin baskın akışının görsel kortikal alanların bir hiyerarşisine kadar beslendiği düşünülmektedir. Genellikle geri bildirim olarak adlandırılan kortikal bağlantıların ters yönü uzun zamandır var olduğu bilinse de, fonksiyonel rolü çok az anlaşılmıştır.
Rockefeller Üniversitesi Charles D. Gilbert laboratuvarından devam eden araştırmalar, görsel yol boyunca geri bildirim için önemli bir rol ortaya koyuyor. Ekibinin yakın zamanda yayınlanan bir makalede gösterdiği gibi PNA’larbu karşı akım akışı, bir nesne ile önceki karşılaşmalarımız tarafından bilgilendirilen kortikal alanlarda “yukarıdan aşağıya” bilgiler taşır. Bu akışın bir sonucu, bu yoldaki nöronların yanıt vermelerine sabit olmadıkları, ancak anı aldıkları bilgilere anında uyarlayabilmeleridir.
Nörobiyoloji laboratuvarı başkanı Gilbert, “Nesne algısının ilk aşamalarında bile, nöronlar daha önce inanılandan çok daha karmaşık görsel uyaranlara duyarlıdır ve bu yetenek daha yüksek kortikal alanlardan geri bildirimlerle bilgilendirilir” diyor.
Farklı Bir Akış
Gilbert’in laboratuvarı, öncelikle görsel kortekste görsel algının ve algısal öğrenmenin altında yatan devreyi inceleyerek uzun yıllar boyunca beyinde bilginin nasıl temsil edildiğine dair temel yönleri araştırmıştır.
“Bu yolun klasik görünümü, nöronların başlangıçta sadece bir çizgi segmenti gibi basit bilgileri algılayabileceğini ve karmaşıklığın, sadece belirli bir karmaşıklık seviyesine cevap verecek nöronlara ulaşana kadar gittiğiniz hiyerarşinin ne kadar uzaklaştığını öneriyor.”
Laboratuarından önceki bulgular bu görüşün yanlış olabileceğini gösteriyor. Grubu, örneğin, görsel korteksin, plastisite olarak bilinen bir kalite olan fonksiyonel özelliklerini ve devresini değiştirebildiğini buldu. Ve Rockefeller meslektaşı (ve Nobel Ödülü sahibi) Torsten N. Wiesel ile yapılan çalışmalarda Gilbert, nöronların düşünülenden çok daha büyük alanlar üzerinden bilgi parçalarını bağlamasını sağlayan kortikal devreler boyunca uzun menzilli yatay bağlantılar keşfetti. Ayrıca, nöronların girdilerini görevle ilgili olanlar ile görev alakasız olanlar arasında değiştirebileceğini ve fonksiyonel özelliklerinin el becerisinin altını çizebileceğini belgeledi.
“Bu çalışma için, bu yeteneklerin normal nesne tanıma sürecimizin bir parçası olduğunu tespit etmeye çalışıyorduk” diyor.
Görmek anlayış
Gilbert’in laboratuvarı, birkaç yıl boyunca, hayvanların meyve, sebze, alet ve makineler gibi aşina olabileceği veya sahip olmayabileceği çeşitli nesnelerin görüntülerini kullanarak nesne tanıma konusunda eğitilmiş bir çift makak incelemek için harcadı. Hayvanlar bu nesneleri tanımayı öğrendikçe, araştırmacılar hangi bölgelerin görsel uyaranlara yanıt verdiğini belirlemek için fMRI kullanarak beyin aktivitelerini izlediler. (Bu yöntem, beynin yüzlere yanıt veren bölgelerini tanımlamak için kullanan Gilbert’in Rockefeller meslektaşı Winrich Freiwald tarafından öncülük etti.)
Daha sonra, hayvanlar tanımak için eğitildikleri nesnelerin görüntüleri gösterildikçe, bireysel sinir hücrelerinin aktivitesini kaydetmelerini sağlayan elektrot dizilerini implante ettiler. Bazen tam nesne ve diğer zamanlarda kısmi veya sıkı bir şekilde kırpılmış bir görüntü gösterildi. Daha sonra çeşitli görsel uyaranlar gösterildi ve orijinal nesneye bir eşleşme bulup bulamadıklarını gösterdi.
Gilbert, “Bunlara gecikmiş eşleşme eşleşmesi görevleri denir, çünkü bir nesne işaretini gördüklerinde ve ikinci görüntünün ilk işarete karşılık gelip gelmediğini bildirmek için eğitildikleri ikinci bir nesne veya nesne bileşeni gösterildiklerinde bir gecikme vardır.” “Bir eşleşme bulmak için tüm görsel uyaranlara bakarken, orijinal görüntüyü akılda tutmak için çalışma belleğini kullanmaları gerekiyor.”
Uyarlanabilir işleme
Araştırmacılar, bir dizi görsel hedefe göre, tek bir nöronun bir hedefe daha duyarlı olabileceğini ve başka bir işaretle farklı bir hedefe daha duyarlı olacağını buldular.
Gilbert, “Bu nöronların anında değişen ve anında davranışsal bağlam için uygun farklı işlevler alarak uyarlanabilir işlemciler olduğunu öğrendik.” Diyor.
Ayrıca, yolun başında bulunan, basit görsel bilgilere yanıt vermekle sınırlı olduğu düşünülen nöronların, yeteneklerinde aslında bu kadar kısıtlı olmadığını gösterdiler.
“Bu nöronlar daha önce inanılandan çok daha karmaşık görsel uyaranlara duyarlıdır” diyor. Diyerek şöyle devam etti: “Erken kortikal alanlarda temsil edilen karmaşıklık derecesi açısından daha önce düşünüldüğü gibi yüksek kortikal alanlara göre bir fark yok gibi görünüyor.”
Bu bulgular, Gilbert’in kortikal işlemenin yeni bir görüşü olduğuna inandığı şeyi desteklemektedir: yetişkin nöronların sabit fonksiyonel özelliklere sahip olmadığı, bunun yerine dinamik olarak ayarlandıkları, özelliklerini değişen duyusal deneyimle değiştirir.
Kortikal aktivitenin gözlemlenmesi, nesne tanımada karşılıklı geri bildirim bağlantılarının potansiyel bir fonksiyonel rolünü ortaya çıkarmıştır, burada yüksek kortikal alanlardan bilgi akışının bu alt alanlara dinamik yeteneklerine katkıda bulunmuştur.
“Bu ‘yukarıdan aşağıya’ geri bildirim bağlantılarının, görsel korteksin, deneyim ve davranışsal bağlam yoluyla elde edilen nesnelerin doğası ve kimliği hakkında daha önce depolanmış bilgileri temsil eden bilgileri ilettiğini keşfettik.” “Bir anlamda, üst düzey kortikal alanlar, belirli bir hesaplamayı gerçekleştirmek için alt alanlara bir talimat gönderir ve dönüş sinyali-besleme sinyali-bu hesaplamanın sonucudur. Bu etkileşimler, bir nesneyi tanıdığımız ve daha geniş bir şekilde, çevremizi görsel olarak anlamlandırdığımız için sürekli olarak çalışır.”
Otizm Araştırma Uygulamaları
Bulgular, görsel kortekste ve belki de çok ötesinde geri bildirim bilgi akışının öneminin ve yaygınlığının artan bir şekilde tanınmasının bir parçasıdır.
Gilbert, “Yukarıdan aşağıya etkileşimlerin, diğer duyular, motor kontrol ve daha yüksek dereceli bilişsel işlevler de dahil olmak üzere tüm beyin fonksiyonlarının merkezi olduğunu iddia ediyorum, bu nedenle bu etkileşimler için hücresel ve devre temelini anlamak, beyin bozukluklarının altında yatan mekanizmalar hakkındaki anlayışımızı genişletebilir.”
Bu amaçla, laboratuvarı hem davranışsal hem de görüntüleme düzeyinde otizm hayvan modellerini araştırmaya başlıyor. Gilbert’in laboratuvarında bir araştırma uzmanı olan Will Snyder, otizm model fareleri ve vahşi tip littermates arasındaki algısal farklılıkları inceleyecek. Birlikte, laboratuvar, Rockefeller kampüsünde bulunan disiplinlerarası bir araştırma merkezi olan Elizabeth R. Miller Brain Gözlemevi’nde oldukça gelişmiş nörogörüntüleme teknolojilerini kullanarak doğal davranışlarda bulunurken hayvanların beynindeki büyük nöronal popülasyonları gözlemleyecektir.
Gilbert, “Amacımız, bu iki grup arasındaki algısal farklılıkları ve bu farklılıkların altında yatan kortikal devrelerin işleyişini tespit edip edemeyeceğimizi görmek.”
News
