چگونه تصاویری که بر روی شکبیه شکل می‌گیرند، در مغز بازسازی می‌شوند؟ محققان Munich and Tuebingen دریافتند پردازش محرک بینایی در ابتدایی‌ترین نقاط مسیر به سمت قشر بینایی صورت می‌گیرد—ولی تمامی ورودی‌ها بصورت یکسان مورد پردازش قرار نمی‌گیرند.
سیستم بینایی در انسان نزدیک به ۸۰ درصد تمامی داده‌های حسی را از محیط دریافت می‌کند. برای ادراک سیل این چنینی از اطلاعات بینایی، ورودی‌های بینایی که انتخاب شده و توسط نزدیک به ۱۳۰ میلیون سلول حساس به نور در شبکیه به سیگنالهای الکتروشیمیایی تبدیل می‌شوند، به شبکه‌ای پیچیده از سلولهای عصبی در مغز وارد شده و مورد پردازش قرار می‌گیرند. چگونگی توانایی مغز برای به انجام رساندن این وظیفه، هنوز بصورت کامل شناخته نشده است.
بیشتر بخوانید: ساختار و عملکرد کیاسمای بینایی ؛ توضیح با شکل
با این حل، یک تصویر باز جزئیات بیشتر از مراحل دخیل در این فرآیند، برای پیشرفتهای بیشتر در سیستمهای بینایی مصنوعی، ضروری است. اکنون، تیمی تحت هدایت Laura Busse، نوروبیولوژیست دانشگاه Ludwig-Maximilians در مونیخ با همکاری Thomas Euler و Philipp Berens، موفق به کشف جزئیات بیشتر در مورد این مسئله طولانی مدت و مورد مناقشه شده‌اند. در مطالعه‌ای که در نشریه Neuron منتشر شده‌است، محققان نشان می‌دهند سیگنالهای ورودی از شبکیه، در مراحل اولیه مسیر علمکردی که شبکیه را به قشربینایی متصل می‌کند، تحت پردازش و بررسی انتخابی قرار می‌گیرند.
در موش، تصویر بینایی که بر روی شبکیه تشکیل می‌شود، توسط بیش از ۳۰ نوع سلول گانگلیونی که از نظر عملکردی متمایز هستند، دریافت می‌شود. این انواع مختلف سلولی به طرق مختلف به ورودی از فوتورسپتورهای پاسخ می‌دهند. برای مثال، برخی بصورت انتخابی به کنتراست‌های تاریک واکنش نشان می‌دهند، درحالیکه برخی به الگوهای فضایی خاصی حساس هستند. جریان اطلاعات که از این گام پردازشی شبکیه گسیل می‌یابد، به کانالهای موازی متعددی در مغز هدایت می‌شود.
Brusse اذعان دارد: “بنظر می‌رسد پریماتها یک مجموعه‌ی مشابه و متنوع از سلولهای گانگلیونی دارند، و به احتمال قوی در مورد انسان نیز صدق می‌کند. ما با استفاده از موش بعنوان یک سیستم مدل، به بررسی انواع سلولهای گانگلیونی که اطلاعات را به ناحیه بینایی تالاموس ارسال می‌کنند، و اینکه آیا این اطلاعات با رسیدن به این ناحیه، به سادگی عبور می‌کنند یا مورد پردازش و تبدیل قرار می‌گیرند، پرداختیم.” تالاموس بینایی، اولین ایستگاه در مسیر به سمت قشر مخ است، و این مسیر پردازشی در میان دیگر نواحی، که مسئول ادراک و آنالیز فرم هدف و شناسایی آن هستند، قرار گرفته‌است.
هر دوی این پرسشها که توسط Busse و همکارانش مطرح شد، هدف بحث‌های بسیاری بوده است. از یک طرف بنظر می‌رسد نتایج مطالعات عملکردی با پردازش ورودی گانگلیونی در تالاموس مخالف هستند. با این حال، مطالعات آناتومیک اخیر نشان داده‌است هر سلول منفرد در تالاموس ورودی‌هایی از نزدیک به ۹۰ سلول گانگلیونی دریافت می‌کند، که قویا نشان می‌دهد سلولهای تالاموسی یک نقش انتخابی و/یا یکپارچه‌ی پردازشی دارند.
تیم مطالعه، به انجام بررسی‌های بیشتر در مورد اتفاقاتی که برای سیگنالهای ورودی در تالاموس بینایی موش رخ می‌دهد، پرداخته‌است. آنها از آرایه‌ی محرک بینایی کنترل شدهای که برای تحریک طیفی از پاسخها، مانند سوئیچینگ از تاریکی به روشناسیی یا Munich vice versa، و تغییراتی در کنتراست یا تغییراتی در طول دوره‌ی سیگنالهای سو سو زننده، طراحی شده‌بود، بهره بردند. سپس واکنشهای سلولهای شبکیه‌ای و تالاموسی را مورد بررسی قرار دادند. آنها دریافتند بسیاری از انواع سلولهای گانگلیونی شبکیه به سرعت باعث انتقال اطلاعات به سمت تالاموس بینایی می‌شوند.
آنها سپس از نتایج بررسی‌های الکتروفیزیولوژیک خود برای ساخت یک مدل کامپیوتری که آنها را قادر می‌ساخت تا به پاسخ پرسش‌هایی مبنی بر اینکه کدام و چه تعداد از این سلولها باعث ایجاد پاسخ در تالاموس می‌شوند، دست یابند، استفاده کردند. Busse می‌گوید: “مدل موش نشان داد پاسخ هر سلول منفرد در تالاموس بر پایه‌ی تنها ۵ نوع مختلف از سلولهای گانگلیونی شبکیه متکی است.” آن سلول منحصرا سیگنالهایی را که از این ۵ نوع سلول دریافت کرده است، ادغام می‌کند، ولی ارزش یکسانی برای تمامی این ۵ سیگنال قائل نمی‌شود. در عوض، اطلاعاتی که از دو نوع سلول ورودی دریافت شده‌است، بر سیگنال خروجی ساطع شده از هر سلول تالاموسی، تسلط می‌یابد. ۳ سیگنال ادغام شده‌ی دیگر تاثیر کمی بر نوع سیگنال خروجی اعمال می‌کنند، مثلا این سیگنال ادغام شده، شباهت قوی به سیگنال ورودی که توسط یک سلول گانگلیونی شبکیه‌ای ایجاد شده‌است، دارد.
با این حال مطابق ادعای مولفان، سیگنالهای ضعیف توسط انواع غیر غالب سلولی که ممکن است سیستم بینایی تا حد زیادی در معرض خطا قرار ندهد، انتقال می‌یابند—برای مثال، با افزایش ارتباطات عملکردی میان سلولها در شبکه در مواردی که فیبرهای یک سلول گانگلیونی شکبیه‌ای به سلولهای متفاوت بسیاری در تالاموس ختم می‌شود. همچنین ممکن است ارزش گذاری نسبی سیگنالها برای فراهم شدن امکان پردازش دینامیک ترکیبهای متفاوت در حین فرآیندهای یادگیری، متفاوت باشد. “در هیچ یک از وقایع، تالاموس یک مرکز ارسال منفعل میان شبکیه و مغز نیست. این ناحیه بعنوان یک مرکز پردازش نیز عمل می‌کند، و نقشی مهم در ارزش گذاری نسبی سیگنالهای ورودی ایفا می‌کند.”
