على الرغم من قافية الحضانة التي تتحدث عن ثلاثة فئران عمياء، إلا أن بصر الفأر حساس بشكل مدهش. ساعدت دراسة كيفية رؤية الفئران الباحثين على اكتشاف تفاصيل غير مسبوقة حول كيفية تواصل خلايا الدماغ الفردية وعملها معًا لتكوين صورة ذهنية للعالم البصري.
أنا عالم أعصاب يدرس كيف تحرك خلايا الدماغ الإدراك البصري وكيف يمكن أن تفشل هذه العمليات في حالات مثل مرض التوحد. “يستمع” مختبري إلى النشاط الكهربائي للخلايا العصبية في الجزء الخارجي من الدماغ الذي يسمى القشرة الدماغية، والذي يقوم جزء كبير منه بمعالجة المعلومات البصرية. يمكن أن تؤدي إصابات القشرة البصرية إلى العمى وغيره من حالات العجز البصري، حتى عندما تكون العيون نفسها سليمة.
إن فهم نشاط الخلايا العصبية الفردية – وكيفية عملها معًا بينما يستخدم الدماغ المعلومات ويعالجها – هو هدف طويل الأمد لعلم الأعصاب. وقد اقترب الباحثون كثيرًا من تحقيق هذا الهدف بفضل التقنيات الجديدة التي تستهدف النظام البصري للماوس. وستساعد هذه النتائج العلماء على رؤية كيفية عمل الأنظمة البصرية لدى الأشخاص بشكل أفضل.
العقل في لمح البصر
اعتقد الباحثون منذ فترة طويلة أن الرؤية لدى الفئران تبدو بطيئة مع انخفاض الوضوح. ولكن اتضح أن الخلايا العصبية في القشرة البصرية لدى الفئران – تمامًا مثل تلك الموجودة في البشر والقرود والقطط والقوارض – تتطلب ميزات بصرية محددة لتحفيز النشاط وتكون انتقائية بشكل خاص في حالات التنبيه واليقظة.
لقد وجدت أنا وزملائي وآخرون أن الفئران حساسة بشكل خاص للمنبهات البصرية الموجودة أمامها مباشرة. وهذا أمر مثير للدهشة، لأن عيون الفأر موجهة إلى الخارج وليس إلى الأمام. العيون الموجهة للأمام، مثل عيون القطط والرئيسيات، لديها بطبيعة الحال مساحة تركيز أكبر للأمام مباشرة مقارنة بالعيون الموجهة للخارج.
تشير هذه النتيجة إلى أن تخصص النظام البصري لتسليط الضوء على المجال البصري الأمامي يبدو أنه مشترك بين الفئران والبشر. بالنسبة للفئران، قد يساعدها التركيز البصري على ما هو أمامها مباشرة على أن تكون أكثر استجابة للظلال أو الحواف الموجودة أمامها، مما يساعدها على تجنب الحيوانات المفترسة التي تلوح في الأفق أو مطاردة الحشرات والتقاطها بشكل أفضل للحصول على الطعام.
والأهم من ذلك، أن مركز النظر هو الأكثر تأثراً في الشيخوخة والعديد من أمراض البصر لدى الأشخاص. وبما أن الفئران تعتمد أيضًا بشكل كبير على هذا الجزء من المجال البصري، فقد تكون نماذج مفيدة بشكل خاص لدراسة وعلاج ضعف البصر.
آلاف الأصوات تقود إلى خيارات معقدة
لقد أدى التقدم التكنولوجي إلى تسريع الفهم العلمي للرؤية والدماغ بشكل كبير. يمكن للباحثين الآن تسجيل نشاط آلاف الخلايا العصبية بشكل روتيني في نفس الوقت وإقران هذه البيانات بفيديو في الوقت الفعلي لوجه الفأر وبؤبؤ العين وحركات الجسم. يمكن لهذه الطريقة أن توضح كيفية تفاعل السلوك مع نشاط الدماغ.
إنه مثل قضاء سنوات في الاستماع إلى تسجيل محبب لسيمفونية مع عازف منفرد مميز، ولكن الآن لديك تسجيل أصلي حيث يمكنك سماع كل موسيقي مع قراءة ملاحظة تلو الأخرى لكل حركة إصبع.
وباستخدام هذه الأساليب المحسنة، يدرس الباحثون مثلي كيفية عمل أنواع معينة من الخلايا العصبية معًا أثناء السلوكيات البصرية المعقدة. يتضمن ذلك تحليل كيفية تأثير عوامل مثل الحركة واليقظة والبيئة على النشاط البصري في الدماغ.
على سبيل المثال، وجدت أنا ومختبري أن سرعة الإشارات البصرية حساسة للغاية للأحداث الممكنة في البيئة المادية. إذا وضع الفأر على قرص يسمح له بالجري، فإن الإشارات البصرية تنتقل إلى القشرة الدماغية بشكل أسرع مما لو كان الفأر يشاهد نفس الصور أثناء استراحته في أنبوب ثابت ــ حتى عندما يكون الفأر ساكنا تماما في كلتا الحالتين.
ومن أجل ربط النشاط الكهربائي بالإدراك البصري، يجب على الباحثين أيضًا أن يسألوا الفأر عما يعتقد أنه يراه. كيف فعلنا هذا؟
شهد العقد الماضي فضح الباحثين للأساطير القديمة حول تعلم الفئران وسلوكها. مثل القوارض الأخرى، تتميز الفئران أيضًا بذكاء مدهش، ويمكنها أن تتعلم كيفية “إخبار” الباحثين عن الأحداث البصرية التي تتصورها من خلال سلوكها.
على سبيل المثال، يمكن للفئران أن تتعلم كيفية تحرير رافعة للإشارة إلى أنها اكتشفت أن النمط قد أصبح أكثر سطوعًا أو مائلًا. يمكنهم تدوير عجلة الليغو إلى اليسار أو اليمين لتحريك التحفيز البصري إلى وسط الشاشة مثل لعبة فيديو، ويمكنهم التوقف عن الركض على العجلة ولعق صنبور الماء عندما يكتشفون أن المشهد البصري قد تغير فجأة.
يمكن للفئران أيضًا استخدام الإشارات المرئية لتركيز المعالجة البصرية على أجزاء معينة من المجال البصري. ونتيجة لذلك، يمكنهم الاستجابة بسرعة ودقة أكبر للمحفزات البصرية التي تظهر في تلك المناطق. على سبيل المثال، وجدت أنا وفريقي أن الصورة المرئية الخافتة في المجال البصري المحيطي يصعب على الفئران اكتشافها. ولكن بمجرد أن يلاحظوا ذلك -ويخبرونا عن طريق لعق صنبور الماء- فإن استجاباتهم اللاحقة تكون أسرع وأكثر دقة.
هذه التحسينات تأتي بتكلفة: إذا ظهرت الصورة بشكل غير متوقع في موقع مختلف، فإن الفئران تكون أبطأ وأقل احتمالا للاستجابة لها. تشبه هذه النتائج تلك الموجودة في الدراسات التي أجريت على الاهتمام المكاني لدى الأشخاص.
وقد وجد مختبري أيضًا أن أنواعًا معينة من الخلايا العصبية المثبطة – خلايا الدماغ التي تمنع النشاط من الانتشار – تتحكم بقوة في قوة الإشارات البصرية. عندما قمنا بتنشيط بعض الخلايا العصبية المثبطة في القشرة البصرية لدى الفئران، تمكنا بشكل فعال من “محو” إدراكهم للصورة.
وتكشف هذه الأنواع من التجارب أيضًا أن الحدود بين الإدراك والفعل في الدماغ أقل انفصالًا بكثير عما كان يُعتقد من قبل. وهذا يعني أن الخلايا العصبية البصرية سوف تستجيب بشكل مختلف لنفس الصورة بطرق تعتمد على الظروف السلوكية – على سبيل المثال، تختلف الاستجابات البصرية إذا تم اكتشاف الصورة بنجاح، أو إذا ظهرت أثناء تحرك الفأر، أو إذا ظهرت عندما يكون الفأر عطشانًا أو رطبًا.
إن فهم كيفية تشكيل العوامل المختلفة لكيفية استجابة الخلايا العصبية القشرية بسرعة للصور المرئية سيتطلب تقدمًا في الأدوات الحسابية التي يمكنها فصل مساهمة هذه الإشارات السلوكية عن الإشارات المرئية. يحتاج الباحثون أيضًا إلى تقنيات يمكنها عزل كيفية حمل أنواع معينة من خلايا الدماغ لهذه الإشارات وتوصيلها.
غيوم البيانات تحيط بالكرة الأرضية
أدت هذه الطفرة في الأبحاث على النظام البصري للفأر إلى زيادة كبيرة في كمية البيانات التي لا يستطيع العلماء جمعها في تجربة واحدة فحسب، بل يمكنهم أيضًا مشاركتها علنًا فيما بينهم.
كانت مراكز الأبحاث الوطنية والدولية الكبرى التي تركز على كشف دوائر النظام البصري للفأرة هي الرائدة في إدخال أدوات بصرية وكهربائية وبيولوجية جديدة لقياس أعداد كبيرة من الخلايا العصبية البصرية أثناء عملها. علاوة على ذلك، فإنها تجعل جميع البيانات متاحة للعامة، مما يلهم جهودًا مماثلة في جميع أنحاء العالم. يعمل هذا التعاون على تسريع قدرة الباحثين على تحليل البيانات وتكرار النتائج وتحقيق اكتشافات جديدة.
إن التقدم التكنولوجي في جمع البيانات ومشاركتها من الممكن أن يجعل ثقافة الاكتشاف العلمي أكثر كفاءة وشفافية ــ وهو هدف رئيسي لمعلوماتية البيانات لعلم الأعصاب في السنوات المقبلة.
إذا كانت السنوات العشر الماضية قد مرت بأي شيء، فأعتقد أن مثل هذه الاكتشافات هي مجرد قمة جبل الجليد، وسيلعب الفأر العظيم وغير الأعمى دورًا رائدًا في السعي المستمر لفهم أسرار الدماغ البشري.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. بقلم : بلال حيدر . معهد جورجيا للتكنولوجيا
اقرأ المزيد:
بلال حيدر يتلقى تمويلًا من المعاهد الوطنية للصحة ومؤسسة سيمونز.