Μελέτη αποκαλύπτει λεπτομέρειες σχετικά με περίπλοκα σχήματα οπτικού δικτύου σε ποντίκια

Μελέτη αποκαλύπτει λεπτομέρειες σχετικά με περίπλοκα σχήματα οπτικού δικτύου σε ποντίκια

Μια νέα μελέτη σε ποντίκια αποκάλυψε λεπτομέρειες σχετικά με το πώς σχηματίζεται μέσα τους το περίπλοκο οπτικό δίκτυο. Αυτή η έρευνα θα μπορούσε να ενημερώσει τη μελλοντική έρευνα για τη θεραπεία της συγγενούς τύφλωσης. Δεδομένων όμως των παραλληλισμών μεταξύ βιολογικού νευρικού ιστού και ψηφιακής τεχνητής νοημοσύνης, αυτή η έρευνα θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει τους προγραμματιστές λογισμικού να δημιουργήσουν καλύτερες και πιο καθολικές τεχνητές νοημοσύνη.

Αν μπορούσατε να δείτε τη φύση που μοιάζει με ιστό των νευρώνων και των δομών που συνθέτουν τον εγκέφαλο και τα αισθητήρια συστήματα των ζώων, θα μπορούσατε να σκεφτείτε ότι ήταν απλώς ένα τυχαίο, περίπλοκο χάος. Αλλά ερευνητές όπως οι νευροεπιστήμονες μπορούν να εξετάσουν αυτό το χάος και όχι μόνο να αντλήσουν διακριτές δομές, αλλά και να καθορίσουν τις λειτουργίες τους. Πρόσφατα, ο καθηγητής Kenichi Ohki και ο επίκουρος καθηγητής Tomonari Murakami από το Τμήμα Φυσιολογίας του Πανεπιστημίου του Τόκιο και η ομάδα τους μελέτησαν έναν συγκεκριμένο σχηματισμό για να μάθουν πώς σχηματίζεται -? το σύστημα όρασης.

Τα μάτια, ορισμένα μέρη του εγκεφάλου και το νευρωνικό δίκτυο που τα συνδέει σχηματίζουν το οπτικό σύστημα. Μια πρόχειρη αναλογία μπορεί να είναι μια κάμερα συνδεδεμένη με ένα καλώδιο σε μια οθόνη που μπορεί να παρατηρήσει ο συνειδητός εαυτός σας. Αλλά μια ακριβής βιολογική περιγραφή αυτού του συστήματος είναι εξαιρετικά περίπλοκη».

Tomonari Murakami, Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Φυσιολογίας, Πανεπιστήμιο του Τόκιο

Ο Μουρακάμι προσθέτει: "Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός οπτικών φλοιωδών περιοχών διατεταγμένων σε στρώματα που σχηματίζουν ένα είδος ιεραρχικής δομής. Αυτή η ιδέα δεν είναι νέα, αλλά δεν ήταν γνωστό πώς υπάρχουν συνδέσεις μεταξύ των πρώιμων σταδίων αυτού του δικτύου ή των πρωτευουσών περιοχών και περιοχών που εμπλέκονται στην επεξεργασία οπτικών σημάτων ή ανώτερων οπτικών περιοχών του φλοιού, που σχηματίζονται κατά την ανάπτυξη. Θέλαμε να μάθουμε πώς συμβαίνει αυτό."

Η ομάδα μελέτησε τα αναπτυσσόμενα οπτικά συστήματα ποντικών. Συγκεκριμένα, εξέτασαν περιοχές που ονομάζονται φλοιώδεις και θαλαμικές περιοχές. Παρατηρώντας πώς αναπτύχθηκαν δίκτυα νευρώνων σε αυτές τις περιοχές σε νεογέννητα ποντίκια και πότε αυτά τα δίκτυα έγιναν ενεργά, η ομάδα μπόρεσε να περιγράψει γενικότερα τους μηχανισμούς που ελέγχουν την ανάπτυξη του οπτικού συστήματος.

«Καθώς χαρτογραφούσαμε το συνεχώς πυκνό δίκτυο συνδέσεων εγκαίρως, κάτι ξεπήδησε που μας εξέπληξε», είπε ο Μουρακάμι. "Περιμέναμε το οπτικό δίκτυο να σχηματίσει πολλές συνδέσεις μεταξύ των περιοχών του φλοιού πρώτα, αντανακλώντας την ιεραρχική δομή ολόκληρου του συστήματος. Αλλά στην πραγματικότητα, παράλληλες νευρικές οδοί από τον αμφιβληστροειδή στα μάτια που οδηγούν στις φλοιώδεις περιοχές σχηματίζονται νωρίτερα από αυτό." μεταξύ των περιοχών του φλοιού. Αυτό το νέο γεγονός αλλάζει όσα γνωρίζουμε για αυτήν την περιοχή ανάπτυξης του φλοιού.»

Αυτή η μελέτη διεξήχθη όχι μόνο για να ικανοποιήσει την περιέργεια, αλλά και επειδή βασική έρευνα αυτού του είδους μπορεί να αποτελέσει τη βάση μελλοντικής ιατρικής έρευνας που μπορεί να βελτιώσει τη ζωή των ανθρώπων: σε αυτήν την περίπτωση, η υπόθεση της ομάδας ότι η έρευνά τους σε ποντίκια μπορεί πιθανώς να εξηγήσει την οπτική ανάπτυξη σε πρωτεύοντα θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Και αυτό, με τη σειρά του, θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές που θέλουν να θεραπεύσουν τη συγγενή τύφλωση.

«Υπάρχει ένας άλλος τομέας έρευνας που μπορεί επίσης να μάθει από αυτό που κάναμε εδώ», είπε ο Ohki. "Η τεχνητή νοημοσύνη βασίζεται συχνά σε ψηφιακά τεχνητά νευρωνικά δίκτυα. Αυτά είναι συνήθως δομημένα σε πολλαπλά επίπεδα, τα οποία μπορούν να τους δώσουν σύνθετες λειτουργίες. Τώρα όμως που δείξαμε ότι τουλάχιστον ορισμένα βιολογικά νευρωνικά συστήματα αναπτύσσουν παράλληλες δομές πριν από πολυεπίπεδες, οι μηχανικοί λογισμικού θα μπορούσαν να εμπνευστούν να πειραματιστούν με νέες μεθόδους σχεδίασης.

Πηγή:

Πανεπιστήμιο του Τόκιο

Αναφορά:

Murakami, Τ., et al. (2022) Αρθρωτή στρατηγική για την ανάπτυξη του ιεραρχικού οπτικού δικτύου σε ποντίκια. Φύση. doi.org/10.1038/s41586-022-05045-w.

.