Cercetătorii descoperă un sistem ierarhic de procesare senzorială în creierul peștelui zebrafish
Cum reușește creierul să interpreteze informațiile vizuale, auditive și tactile și să transforme aceste semnale separate într-o percepție coerentă a lumii?
Un nou studiu publicat în revista Science oferă indicii importante prin examinarea procesării senzoriale în creierul peștelui zebrafish. Conducerea cercetării a fost asigurată de Prof. Emre Yakşi, de la Universitatea Norvegiană de Știință și Tehnologie (NTNU) și de la Centrul de Cercetare pentru Medicină Translațională al Universității Koç (KUTTAM). Studiul arată că peștii zebrafish organizează și combină informațiile senzoriale printr-un sistem ierarhic, asemănător cu o caracteristică fundamentală a procesării senzoriale în creierele mamiferelor.
Informațiile despre lumea exterioară ajung la creier prin diferite căi senzoriale. Semnalele vizuale, sunetele, vibrațiile, mirosurile și alți stimuli sunt procesate inițial separat. Cu toate acestea, experiența noastră asupra mediului nu este împărțită în canale senzoriale izolate. Creierul combină aceste semnale pentru a forma percepții unificate și a ghida comportamentul.
În cazul mamiferelor, talamusul joacă un rol central în primirea și direcționarea informațiilor senzoriale către diferite zone ale cortexului cerebral. Semnalele senzoriale rămân parțial separate în stadiile inițiale de procesare și sunt integrate treptat pe măsură ce avansează prin rețelele corticale.
Cercetătorii au investigat dacă un principiu organizațional comparabil există și la peștii zebrafish, a căror linie evolutivă s-a divizat de cea a mamiferelor acum sute de milioane de ani.
Deși creierul peștelui zebrafish este anatomic diferit de cel al mamiferelor, aceștia sunt vertebrate și împărtășesc multe trăsături fundamentale ale organizației sistemului nervos cu oamenii. Dimensiunea lor mică și transparența optică relativă permit cercetătorilor să observe activitatea neuronală în mari regiuni ale creierului viu.
Echipa a examinat modul în care peștii zebrafish tineri răspund la stimuli vizuali și vibrații în apă. Folosind metode avansate de imagistică neurală și cartografiere a circuitelor, cercetătorii au urmărit cum aceste semnale intră în creierul anterior și cum activitatea s-a schimbat pe măsură ce informația a avansat prin diferite regiuni ale creierului.
Studiul a identificat complexul preglomerular (PG) ca fiind sursa principală a informațiilor vizuale și vibratorii care ajung la paliumul zebrafish-ului. Paliumul este un echivalent evolutiv al cortexului cerebral vertebrat.
PG-ul și proiecțiile sale către palium erau organizate atât în funcție de modalitatea senzorială, cât și de locația spațială. Semnalele vizuale și vibratorii au urmat inițial căi distincte și au ajuns în diferite regiuni ale paliumului.
Cu toate acestea, organizarea a devenit tot mai complexă în interiorul paliumului. Unele celule nervoase au răspuns specific la un tip de input senzorial, în timp ce altele au răspuns la mai multe semnale senzoriale.
Cercetătorii au identificat, de asemenea, neuroni care au prezentat răspunsuri nonliniare, de detectare a coincidenței. Aceste celule au rămas relativ inactive atunci când au fost prezentate fie lumină, fie vibrație singură, dar au răspuns puternic atunci când cei doi stimuli au apărut împreună. Astfel de activitate ar putea ajuta creierul să determine dacă semnalele senzoriale separate aparțin aceluiași eveniment.
Rezultatele sugerează o ierarhie organizată spațial în creierul anterior al zebrafish-ului. Neuronii care răspund la inputuri senzoriale individuale s-au aflat alături de neuroni progresiv mai complexi, capabili să integreze informații din diferite simțuri.
Această tranziție – de la răspunsuri specifice pentru senzori la activitate multimodală și de detectare a coincidenței – seamănă cu procesarea ierarhică observată în sistemele talamo-corticale ale mamiferelor.
Structurile anatomice implicate nu sunt identice la pești și mamifere. Cu toate acestea, ambele sisteme par să urmeze o logică computațională similară: informațiile senzoriale sunt inițial separate, organizate spațial și apoi integrate progresiv pentru a susține percepții mai complexe și comportamente adaptive.
Astfel, rezultatele sugerează că procesarea senzorială ierarhică ar putea reprezenta un principiu organizațional convergent în creierele vertebratelor. Diferitele linii evolutive ar fi putut dezvolta căi anatomice distincte, ajungând în același timp la soluții comparabile pentru provocarea interpretării unui mediu complex.
În etapele următoare, cercetătorii intenționează să examineze identitățile celulare și moleculare ale circuitelor implicate și să investigheze modul în care neuronii multisenzoriali influențează învățarea, luarea deciziilor și comportamentul adaptiv.
