Gli otto occhi: rivelare la visione del polpo usando mappe neurali

riepilogo: I ricercatori hanno mappato l’attività neurale nel sistema visivo del polpo, rivelando sorprendenti somiglianze con gli esseri umani.

Il team ha osservato le risposte neurali ai punti luminosi e scuri, mappando così ciò che assomiglia all’organizzazione del cervello umano. È interessante notare che i polpi e gli esseri umani condividevano l’ultimo antenato comune circa 500 milioni di anni fa, suggerendo un’evoluzione indipendente di sistemi visivi così complessi.

Questi risultati contribuiscono in modo significativo alla nostra comprensione della visione dei cefalopodi e della struttura del cervello.

Aspetti principali:

1. Circa il 70% del cervello di un polpo è dedicato alla vista. Questa ricerca è la prima del suo genere a mappare l’attività neurale nel loro sistema visivo, fornendo informazioni su come queste creature marine percepiscono il loro mondo.
2. Pur avendo un antenato comune 500 milioni di anni fa, i polpi e gli esseri umani hanno sviluppato mappe neurali simili per la percezione visiva.
3. Lo studio ha scoperto che i neuroni del polpo rispondono fortemente a piccoli punti luminosi e grandi punti scuri, che differiscono dal sistema visivo umano. Ciò è probabilmente dovuto alle peculiarità dell’ambiente sottomarino.

fonte: Università dell’Oregon

Un polpo dedica circa il 70 percento del suo cervello alla vista. Ma fino a poco tempo fa, gli scienziati avevano solo una vaga comprensione di come questi animali marini vedessero il loro mondo sottomarino. Un nuovo studio dell’Università dell’Oregon fa luce sul punto di vista del polpo.

Per la prima volta, i neuroscienziati hanno registrato l’attività neurale dal sistema visivo di un polipo. Hanno creato una mappa del campo visivo del polpo osservando direttamente l’attività neurale nel cervello dell’animale in risposta a punti luminosi e scuri in luoghi diversi.

Questa mappa dell’attività neurale nel sistema visivo di un polpo è molto simile a quella che vediamo nel cervello umano: anche se i polpi e gli umani condividevano un antenato comune circa 500 milioni di anni fa, i polpi hanno sviluppato i loro complessi sistemi nervosi in modo indipendente.

Il neuroscienziato Christopher Neale e il suo team riportano le loro scoperte in un articolo pubblicato il 20 giugno sulla rivista Neuroscientist Christopher Neale. Biologia attuale.

“Nessuno è mai stato registrato dal sistema visivo centrale di un cefalopode prima d’ora”, ha detto Neal. I polpi e altri cefalopodi di solito non vengono usati come modelli per comprendere la visione, ma il team di Neal è incuriosito dal loro insolito cervello.

In un articolo correlato pubblicato lo scorso anno in Biologia attualeIl laboratorio ha identificato diverse classi di neuroni nel lobo ottico di un polipo, una parte del cervello dedicata alla visione. “Insieme, questi documenti forniscono una buona base mostrando i diversi tipi di neuroni e a cosa rispondono: due aspetti chiave che vogliamo conoscere per iniziare a comprendere un nuovo sistema visivo”, ha affermato Neal.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno misurato il modo in cui i neuroni nel sistema visivo del polpo rispondono ai punti scuri e luminosi che si muovono attraverso uno schermo. Utilizzando la microscopia a fluorescenza, i ricercatori possono osservare l’attività dei neuroni mentre rispondono, per vedere come i neuroni reagiscono in modo diverso a seconda di dove compaiono le macchie.

“Siamo stati in grado di vedere che ogni sito nel lobo ottico ha risposto a una singola posizione sullo schermo di fronte all’animale”, ha detto Neal. “Se ci spostiamo da qualche parte, la risposta si muove nel cervello.”

Questo tipo di mappe individuali si trovano nel cervello umano per più sensi, come la vista e il tatto. I neuroscienziati hanno collegato la posizione di determinate sensazioni a punti specifici del cervello.

Una ben nota rappresentazione del tatto è l’omuncolo, una figura umana da cartone animato in cui le parti del corpo sono disegnate in proporzione alla quantità di spazio cerebrale dedicato all’elaborazione degli input sensoriali.

I punti altamente sensibili come le dita delle mani e dei piedi appaiono enormi perché c’è molto input cerebrale da queste parti del corpo, mentre le aree meno sensibili sono molto più piccole.

Ma trovare una connessione ordinata tra la scena visiva e il cervello del polpo era tutt’altro che vero. È un’innovazione evolutiva piuttosto complessa, e alcuni animali come i rettili non hanno questo tipo di mappa. Inoltre, studi precedenti hanno indicato che i polpi non hanno una mappa simile a un omuncolo delle diverse parti del loro corpo.

“Speravamo che la mappa visiva fosse lì, ma nessuno l’aveva notato direttamente prima”, ha detto Neal.

I ricercatori hanno anche notato che i neuroni del polpo rispondono in modo particolarmente forte a piccoli punti luminosi e grandi punti scuri, una marcata differenza rispetto al sistema visivo umano. Il team di Neal ipotizza che ciò possa essere dovuto a caratteristiche specifiche dell’ambiente sottomarino in cui i polpi devono navigare. I predatori incombenti possono apparire come grandi ombre scure, mentre gli oggetti vicini come il cibo possono apparire come piccoli punti luminosi.

Successivamente, i ricercatori sperano di capire come il cervello del polpo risponde a immagini più complesse, come quelle già nel loro ambiente naturale. Il loro obiettivo finale è tracciare il percorso di questi input visivi più in profondità nel cervello del polpo, per capire come il polpo vede e interagisce con il suo mondo.

Informazioni su questa ricerca in Visual Neuroscience News

autore: Molly Blancett
fonte: Università dell’Oregon
comunicazione: Molly Blancett – Università dell’Oregon
immagine: Immagine accreditata a Neuroscience News

Ricerca originale: accesso libero.
“Regolazione funzionale delle risposte visive nel lobo ottico di un polpoScritto da Christopher Neal, et al. Biologia attuale

un sommario

Regolazione funzionale delle risposte visive nel lobo ottico di un polpo

Punti salienti

• L’organizzazione funzionale del sistema visivo dei cefalopodi è in gran parte sconosciuta
• Utilizzando l’imaging del calcio, abbiamo mappato le risposte visive nel lobo ottico del polpo
• Abbiamo identificato campi recettivi spazialmente localizzati con organizzazione retinica
• I percorsi on e off erano distinti e avevano proprietà selettive per dimensione uniche

riepilogo

I cefalopodi sono animali altamente visivi con occhi tipo macchina fotografica, grandi cervelli e un ricco repertorio di comportamenti diretti visivamente. Tuttavia, il cervello dei cefalopodi si è evoluto indipendentemente dal cervello di altre specie con una vista elevata, come i vertebrati. Pertanto, i circuiti neurali che elaborano le informazioni sensoriali sono molto diversi.

È in gran parte sconosciuto come funzioni il loro sistema visivo straordinariamente potente, poiché non ci sono state misurazioni neurologiche dirette delle risposte visive nel cervello dei cefalopodi.

In questo studio, abbiamo utilizzato l’imaging del calcio a due fotoni per registrare le risposte evocate visivamente nel centro di elaborazione visiva primaria del cervello centrale del polpo, il lobo ottico, per determinare come le caratteristiche di base della scena visiva sono rappresentate e organizzate.

Abbiamo trovato domini ricettivi spazialmente localizzati di stimoli luminosi (ON) e scuri (OFF), che erano organizzati retinicamente attraverso il lobo ottico, dimostrando il segno distintivo dell’organizzazione del sistema visivo comune a molte specie.

L’esame di queste risposte ha rivelato cambiamenti nella rappresentazione visiva attraverso gli strati del lobo visivo, inclusa l’emergenza del percorso OFF e una maggiore selettività dimensionale.

Abbiamo anche identificato asimmetrie nell’elaborazione spaziale degli stimoli on e off, che suggeriscono meccanismi circuitali unici per l’elaborazione del modello che potrebbero essersi evoluti per soddisfare i requisiti specifici dell’elaborazione di una scena visiva subacquea.

Questo studio fornisce approfondimenti sull’elaborazione neurale e sull’organizzazione funzionale del sistema visivo del polpo, evidenziando aspetti sia comuni che unici, e pone le basi per futuri studi sui circuiti neurali che mediano l’elaborazione visiva e il comportamento nei cefalopodi.