Новое исследование, опубликованное в eLife учёными из Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School) под авторством Майкла Аркаро (Michael Arcaro) и Маргарет Ливингстон (Margaret Livingstone), доказывает, что у приматов есть план визуальной организации головного мозга, который полностью формируется спустя несколько дней после рождения и «наполняется» опытом. Исследователи полагают, что при таком раннем развитии возможно существование генетически запрограммированного механизма визуализации. Позже он модифицируется за счёт опыта.
Проведённые исследования среди приматов даёт понимание того, как и когда развивается наша визуальная система. На протяжении десятилетий мозг примата теоретически делили на определённые части по зонам восприятия: тактильная, оптическая, слуховая и так далее. Однако до сих пор оставалось непонятным – врождённая ли это организация или она развивается со временем. На данном этапе исследования стало известно, что ответ может быть и тем, и другим.
Выяснили, что примитивный «набросок» визуальной организации присутствует в мозге примата уже спустя несколько дней после рождения, а затем заполняется с возрастом и опытом. Вывод поможет объяснить некоторые особенности болезней, одна из которых – аутизм. Расстройство сопровождается «отключением» определённых зрительных стимулов. Исследования помогут вычислить болезнь на ранних стадиях и предотвратить потерю зрительного контакта через коррекцию визуального дефицита.
Работа над исследованием уже идёт в течение десятилетия. В опубликованных статьях попытались понять систему, проведя эксперимент с макакой в возрасте 10 дней и наблюдая за их мозговой деятельностью с помощью МРТ. При этом рассмотрены всевозможные изображения, включая отдельные сцены и лица. Исследовательская группа столкнулась с препятствием.
«Во время эксперимента учёные пеленали макак как детей. Как любой уважающий себя ребёнок, они после этого засыпали. Это обстоятельство тормозило исследование, так как лишь небольшой объём данных удавалось получить в течение кратковременных периодов после пробуждения. Большинство данных магнитно-резонансного сканирования собраны во время сна», — пояснила Ливингстон.
После попытки проанализировать полученные данные учёные сделали удивительный вывод: даже во сне некоторые части зрительной системы включались одновременно. Например, основной сигнал в первичной зрительной коре (задняя часть мозга) коррелировал с сигналами в затылочной. Части участвуют в обработке визуального ввода или движения глаз. По словам учёных, эти данные предлагают функциональную организацию, которая связывает эти области.
На данном этапе продолжаются эксперименты с теми же макаками. В течение последующих лет периодически выполняются плановые осмотры при взрослении животных. Удивительно, но зоны в мозге остаются, но постепенно заполняются, становясь сложными. При этом появилась реакция на конкретные стимулы, которые не находили у младенцев раньше.
Активность визуальной системы макаки, по-видимому, организована в вентральные (передние) и дорсальные (задние) потоки. Эти области важны для распознавания объектов и ориентированных действий у взрослых животных. У них также найдена ретинотопическая организация, при которой различные области зрительной системы становятся активными в ответ на ввод информации из различных частей зрительного поля сетчатки: вверх, вниз, влево и вправо. При этом у приматов не хватало определённых признаков, которые отчётливее видны у взрослых обезьян: не хватало определённых нейронов в веретенообразной извилине – структуре, связанной с распознаванием лиц. Такие изменения возникали в 200-дневном возрасте.
Нейробиологи и педиатры знают, насколько важны визуальные переживания для восприятия ребёнка. И эти результаты ещё раз подчёркивают то, как важно корректировать любые заболевания, которые обнаруживаются при рождении, как и наблюдать за развитием высших визуальных и когнитивных функций.
Текст: Вера Тулунина
A hierarchical, retinotopic proto-organization of the primate visual system at birth by Michael J Arcaro and Margaret S Livingstone in eLife. Published online July 2017 doi:10.7554/eLife.26196
