Это новое открытие, опубликованное в журнале Journal of Neuroscience от 19 августа в качестве титульной статьи, разрешило давнюю загадку для понимания визуальной нейробиологии, касающуюся ранней организации функциональной архитектуры в зрительной коре млекопитающих до открытия глаз, особенно дальнодействующих. горизонтальное соединение, известное как "специализированная" схема.
Чтобы подготовить животное видеть, когда его глаза открываются, нейронные цепи в зрительной системе мозга должны начать развиваться раньше. Однако для правильного развития многих областей мозга, участвующих в зрении, обычно требуется сенсорный ввод через глаза.
В первичной зрительной коре головного мозга высших таксонов млекопитающих корковые нейроны, функционально настроенные на визуальные признаки, связаны друг с другом горизонтальными цепями дальнего действия, которые играют решающую роль в обработке зрительной информации.
Удивительно, но эти дальнодействующие горизонтальные связи в первичной зрительной коре головного мозга высших млекопитающих возникают до появления сенсорного опыта, и механизм, лежащий в основе этого явления, остается неуловимым.
Чтобы изучить этот механизм, группа исследователей во главе с профессором Се-Бум Пайком из отдела биоинженерии и инженерии мозга в KAIST реализовала компьютерное моделирование ранних зрительных путей с использованием данных, полученных из цепей сетчатки у молодых животных до открытия глаз, в том числе у кошек. , обезьяны и мыши.
На основе этих симуляций исследователи обнаружили, что спонтанные волны, распространяющиеся в мозаиках сетчатки ВКЛ и ВЫКЛ, могут инициализировать проводку горизонтальных связей дальнего действия путем выборочной коактивации корковых нейронов с аналогичной функциональной настройкой, тогда как эквивалентные случайные действия не могут вызвать такие организации.
Моделирование также показало, что возникшие горизонтальные связи дальнего действия могут вызывать структурированную корковую активность, совпадающую с топографией основных функциональных карт даже в организациях типа соли и перца, наблюдаемых у грызунов. Этот результат означает, что модель, разработанная профессором Пайком и его группой, может предоставить универсальный принцип механизма развития дальнодействующих горизонтальных связей как у высших млекопитающих, так и у грызунов.
Профессор Пайк сказал: «Наша модель обеспечивает более глубокое понимание того, как функциональная архитектура зрительной коры может происходить из пространственной организации периферии, без сенсорного опыта в ранние периоды развития."
Он продолжил: «Мы считаем, что наши открытия будут представлять большой интерес для ученых, работающих в широком спектре областей, таких как нейробиология, наука о зрении и биология развития."