Göz yanılmaları eğlencelidir, ancak aynı zamanda algıya açılan bir kapıdır. Yapılan yeni bir araştırma, görsel korteksimizde bulunan ve 'IC-kodlayıcıları' olarak adlandırılan özel bir nöron popülasyonunu belirledi. Bu nöronların, fiziksel olarak var olmayan kenarları görmemizi sağlayan görsel yanılsamalardaki doğrudan rolü ortaya konuldu.
Beynimiz "Ne Biliyor"?
Yanıltıcı konturlar, aslında orada olmasa bile gördüğümüz kenarlardır. Klasik bir örnek, üç adet yarım daire şeklinin ortada parlak beyaz bir üçgen algılamamıza neden olduğu Kanizsa üçgeni illüzyonudur. Parmağınızla bu yarım daireleri kapattığınızda, aslında bir kenar olmadığını, sadece düz bir arka plan olduğunu görürsünüz. Nörofizyoloji de algı ile aynı fikirdedir: Yirmi yılı aşkın süredir yapılan araştırmalar, hem gerçek hem de yanıltıcı konturlara tepki veren nöronların varlığını göstermiştir.
Eğer uyaranlarda kenarlar bulunmuyorsa, beynimiz bunları kendisi doldurmalıdır. Bu durum, görsel sistemin yalnızca bir kamera gibi davranıp retinadan gelen girdiyi sadakatle işlediği katıksız bir "aşağıdan yukarıya" algı görüşünü açıklamakta zorluk yaratır. Ancak en ilk aşamalarda bile görsel sistem sadece pasif bir kayıt cihazı değildir; yerel ve uzun menzilli nöral sinyalleri bütünleştirir ve yorumlarını yönlendirmek için ön bilgiyi (görsel dünyanın istatistiksel düzenlilikleri gibi) kullanır. Başka bir deyişle, bildiklerine dayanarak ne gördüğümüz hakkında "varsayımlar" yapar.
Yeni çalışma, bu çıkarımları kodlayan nöronları kesin olarak belirlemiştir. Bu nöronları bulmak için araştırmacılar, son teknoloji beyin görüntüleme tekniklerini, nöronlara doğrudan müdahale ederek ne olduğunu görmeyi içeren kritik bir nedensel test ile birleştirdiler.
Nöronları İzlemek ve Müdahale Etmek
Çalışmanın ilk bölümünde, yüksek yoğunluklu silikon problar kullanılarak fare beyinlerindeki görsel alanlardaki geniş ölçekli elektriksel aktivite kaydedildi. Bu kayıtlar sırasında fareler, yanıltıcı konturlar içeren uyaranlara maruz bırakıldı ve yüzlerce nöronun aktivitesi milisaniyenin altında bir hassasiyetle yakalandı.
Bu teknik mükemmel zamansal çözünürlüğe sahip olsa da, bireysel hücrelerin özelliklerini ayırt etmek zordur. Bu nedenle ekip, kalsiyuma duyarlı floresan molekül kullanarak görsel korteksin üst katmanlarındaki binlerce nöronun aktivitesini de kaydetti. Bu, nöronlar ateşlendiğinde parıldadığı "dinamik beyin aktivitesi resimleri" üretti.
Bu yaklaşımlar, aktiviteyi haritalamakla kalmadı, aynı zamanda optogenetik ile bir sonraki aşamada hedeflenecek belirli nöronları da belirledi. Optogenetik, ışığa duyarlı bir protein kodlayan geni nöronların genomlarına sokarak ışığın bir açma/kapama anahtarı gibi davranmasını sağlar. Işık tutulduğunda nöronlar ateşlenir. Araştırmacılar, ışığı üç boyutlu olarak şekillendiren bir optik sistem kullanarak çok özel nöronları hedefleyebildiler.
Bu yöntem, çok küçük ve oldukça seçici bir alt küme uyarmalarına olanak sağladı. Yaklaşık 5.000 nöron arasından, özellikle yanıltıcı konturları kodlamaya en duyarlı 20 tanesi hedeflenebildi. Bu uyarımı kortikal kayıtlarla birleştirerek, ekip sadece nöral aktiviteyi bir uyaranla ilişkilendirmenin ötesine geçti. Gözlemsel bir yaklaşımdan ziyade, bu belirli nöronları bir grup olarak foto-uyararak ve aktive ederek bunun sinirsel dinamikleri nasıl etkilediğini gözlemleyebildiler.
IC-kodlayıcılarını foto-uyararak, araştırmacılar herhangi bir görsel girdi olmadan bile, normalde yanıltıcı kenarlar tarafından uyarılan aynı sinirsel aktivite modellerini yeniden yaratabildiler. Başka bir deyişle, bu popülasyonu aktive etmek, genel bir aktivite patlaması yerine, görsel devredeki özel 'kenar' sinyalini üretmek için yeterliydi. Bu durum, IC-kodlayıcılarının sadece duyusal girdiyi takip etmediğini, aynı zamanda fiziksel olarak orada olmayan kenarların temsilini aktif olarak inşa ettiğini göstermektedir.
Önceki çalışmalar bu tür hücrelere işaret etse de, Shin ve meslektaşları bunların nadir rastlanan tuhaflıklar olmadığını, iyi tanımlanmış ve işlevsel olarak önemli bir altpopülasyon olduğunu sistematik olarak göstermiştir. Bu nöronların birincil görsel korteks içinde yerel desen tamamlamasını sürüklediğini bilmediklerini belirten araştırmacılar, bu hücrelerin yanıltıcı konturların algısal süreciyle muhtemelen ilişkili olan bu desen tamamlama sürecinde nedensel olarak yer aldığını gösterdiklerini eklemişlerdir.
Davranışsal Testler Henüz Bekleniyor
Bu, nöronlar yapay olarak aktive edildiğinde farelerin yanıltıcı konturları "gördüğü" anlamına gelmez. Çalışma, sinirsel temsile odaklanmıştır ve şu anda yalnızca IC-kodlayıcılarının, normal yanıltıcı kontur algısı sırasında görüntülemenin gösterdiği nöral aktivite modelleriyle eşleşen modelleri indükleyebildiği söylenebilir.
Tekniğin nispeten az sayıda nöronu içermesi nedeniyle, farelerin bunları görmeyebileceği olasılığı vardır. Ancak gelecekte, nöron sayısı artırılabilir ve davranışsal testler de dahil edilebilir.
Araştırmacılar, bu nöronları foto-uyararak, ekranda herhangi bir uyaran olmasa bile bir hayvanın davranışsal tepkisini üretip üretemeyeceklerini görmek istediklerini belirtiyorlar. Mevcut durumda optogenetik sadece az sayıda nöronu harekete geçirebilir ve IC-kodlayıcıları nispeten nadir ve dağınıktır. Bu nedenle, gelecekte daha fazla nöronun harekete geçirilerek davranışsal tepkilerin elde edilebileceği düşünülmektedir.
