أظهر علماء معهد وايزمان للعلوم أن خلايا ترميز الاتجاه في شبكية العين تتمتع بمرونة أكبر مما كان يعتقد سابقًا: على الرغم من أنها مبنية تشريحيًا للاستجابة لاتجاه معين، إلا أنها يمكن أن تستجيب في الاتجاه المعاكس نتيجة للتغيرات في البيئة.
ثعبان يلتف في غابة، أو نمر يتربص بين الأدغال، أو رسول يركب دراجة نارية مسرعًا - ليس هناك من ينكر أن القدرة على اكتشاف الحركة في الفضاء أمر ضروري لبقائنا على قيد الحياة. إن إمكانية رؤية العالم من خلال الصور المتحركة أمر بديهي بالنسبة لمعظمنا، ولكن كما يشهد مطورو المركبات ذاتية القيادة، فإن اكتشاف الحركة في الفضاء يعد عملية حسابية معقدة للغاية. تبدأ قدرتنا على اكتشاف الحركة بالفعل في العين - من خلال مجموعة من الخلايا العصبية في شبكية العين التي تم بناؤها تشريحيًا بحيث تستجيب كل خلية لاتجاه معين - يمينًا أو يسارًا أو أعلى أو أسفل. حديثاً كشف علماء معهد وايزمان للعلوم أن هذه الخلايا، التي تسمى الخلايا المشفرة الاتجاه، تتمتع بمرونة أكبر مما كان يعتقد سابقًا: على الرغم من دورها المحدد جيدًا، إلا أنها تستطيع تغيير نشاطها، نتيجة للتغيرات في البيئة، والتفاعل في البيئة. الاتجاه المعاكس لما قصدت من أجله. يُعرف دماغنا بمرونته الكبيرة، ولكن هذه الآلية هي مثال فريد لكيفية تجاوز الدوائر العصبية في العين لبنيتها التشريحية وتغيير وظيفتها ديناميكيًا.
مثل الموجات الصوتية التي تصل إلى الأذنين أو ملامسة الجلد، تستجيب العيون لموجات الضوء المنعكسة من البيئة وتترجم الطاقة الضوئية إلى إشارات عصبية يمكن للدماغ فهمها. تحتوي شبكية العين على الملايين من مستقبلات الضوء، وتقوم أنواع مختلفة من الخلايا العصبية بتشفير المعلومات إلى سلسلة من المعلمات - اللون والشكل والحركة وغيرها من الميزات. على غرار الخلايا الحسية الأخرى، يتم تنظيم الخلايا المستقبلة للضوء وفقًا لمبدأ يتعارض فيه الحساب في "المركز" والحساب في "المحيط" (المركز المحيطي المتعارض)؛ يسمح هذا المبدأ للخلية بالاستجابة بالإثارة عندما يظهر حافز في مركز حقل الإدخال الخاص بها - والاستجابة بالتثبيط (التثبيط) عندما يكون التحفيز على محيط حقل الإدخال. يوجد هذا المبدأ التنظيمي في العديد من أنظمة الاستشعار، وهو يتيح تعقيدًا حسابيًا عاليًا، حيث يمكن لكل خلية عصبية تشفير نفس المحفز بشكل مختلف اعتمادًا على الموقع. في سياق حاسة البصر، يعد حساب "المركز-المحيط" أمرًا أساسيًا لحدة البصر - لأنه يزيد بشكل كبير من قدرتنا على وضع الأشياء في الفضاء وفصل الألوان، لكن مساهمتها في اكتشاف حركة الشبكية لم تكن معروفة.
قبل بضع سنوات، أثناء بحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، اكتشفت ذلك د. ميخال ريفلين توصل قسم البيولوجيا العصبية إلى اكتشاف مثير للدهشة: تسبب التحفيز الضوئي المتكرر في قيام الخلايا المشفرة بالاتجاه بعكس اتجاه الحركة التي تستجيب لها بمقدار 180 درجة. نشأت المفاجأة من الاتصال في الدائرة المعينة، والتي تمت دراستها على نطاق واسع لعقود من الزمن: الخلايا المشفرة باتجاه اليمين ستستقبل اتصالات مثبطة من الخلايا الموجودة على يسارها، وهذه الأسلاك المحددة تكمن وراء تفضيلها الاتجاهي. في الدراسة الحالية التي قادتها طالبتها البحثية، ليا أنكري، رسم الاثنان - بمساعدة باحث ما بعد الدكتوراه الدكتور إليشي عزرا زور - ما يحدث بالضبط في الدائرة العصبية للخلايا التي تشفر الاتجاه بعد نفس التحفيز المتكرر وتحققوا مما إذا كانت هذه الاستجابة المفاجئة تشير إلى آلية غير معروفة تؤثر على الطريقة التي ندرك بها الحركة.
للإجابة على هذه الأسئلة، قام الباحثون بفحص الاستجابة الضوئية للخلايا المختلفة في شبكية العين لدى الفئران، باستخدام مجهر ثنائي الفوتون مع طرق التسجيل الكهربية. وكشفت النتائج أن انعكاس الاتجاه المفاجئ هو في الواقع دليل على أن آلية تشفير الاتجاه تخضع أيضًا لمبدأ "المركز والمحيط" وبالتالي يمكن أن تتغير ديناميكيًا وفقًا للتحفيز البصري. يقول أنكري: "في الواقع، أظهرنا أن التحفيز المتكرر يخفي مركز مجال الإدخال في الدائرة العصبية لخلايا ترميز الاتجاه، ويتسبب في تولي المحيط عملية الحساب". "وبعبارة أخرى، فإن مبدأ المركز والمحيط يسمح بدقة مكانية أفضل ليس فقط للشكل واللون كما كان معروفًا حتى الآن، ولكن أيضًا للحركة."
على اليمين: ليا أنكري ود. ميخال ريفلين. رؤية العين بالعين
تعرف على الدماغ من العيون
من المعتاد أن نقول إن العيون هي "نافذة الروح". في مختبر الدكتور ريفلين، الذي يركز على العمليات الديناميكية في شبكية العين، يتم فحص العيون عمليا باعتبارها "نافذة على الدماغ". يتكون الدماغ البشري من حوالي 100 مليار خلية عصبية متصلة ببعضها البعض بحوالي 100 تريليون توصيلة كهربائية - وهذا التعقيد يجعل من الصعب للغاية التوصل إلى استنتاجات بشأن مشروعية نشاط النظام. ومن ناحية أخرى، فإن شبكية العين عبارة عن شبكة عصبية أصغر بكثير. لا يوجد في شبكية عين الفأر سوى بضعة ملايين من الخلايا، متصلة ببعضها البعض في اتصالات جيدة التمايز من الناحية التشريحية. لذلك، يركز المنهج البحثي للدكتور ريفلين على العمليات الحسابية التي تتم في شبكية العين مع الاعتقاد بأن هذه الملاحظة ستجعل من الممكن قول أشياء مهمة أيضًا عن نشاط الدماغ بشكل عام.
نتائج هذه الدراسة قد توفر تعزيزا لهذا النهج لدراسة شبكية العين. على الرغم من أن مبدأ المركز والمحيط معروف من مختلف الأنظمة الحسية ومن مناطق المعالجة العليا في الدماغ، إلا أن اكتشاف أن هذا المبدأ الديناميكي صالح أيضًا في الدائرة حيث تعتمد الحسابات على التشريح، قد يجعله مبدأ أساسيًا في علم الأعصاب. الحوسبة بشكل عام - مبدأ يتجاوز تعقيد الشبكة ويتجاوز الأدوار. يقول أنكري: "حتى الآن، لم يعرفوا أن مثل هذه الأشياء المعقدة والديناميكية يمكن أن تحدث في شبكية العين". "من الممكن أن يكون المركز والمحيط مبدأً أساسيًا في نشاط الدماغ بشكل عام - وربما حتى أحد العناصر الحسابية التي تسمح لأدمغتنا بأن تكون ديناميكية للغاية."
كتب العلوم
تحتوي شبكية الفأر على أكثر من 30 نوعًا من الخلايا العقدية التي تقوم بتشفير المعلومات من المجال البصري بشكل مختلف؛ ما لا يقل عن 7 منها هي خلايا مشفرة الاتجاه،
תגובה אחת
"..7 منها على الأقل عبارة عن خلايا مشفرة بالاتجاهات.."
حقًا؟ 7 أو 7 مليون؟ لأنه في الحقيقة ليس هو نفسه.