Neural subpopulations in marmoset area MT/MTC detect and discount saccade-related retinal motion
Questo studio rivela che nell'area MT/MTC del marmozet, distinte sottopopolazioni neurali integrano sia il corollary discharge che i segnali di movimento visivo per sopprimere o scontare il movimento retinico indotto dalla saccade, supportando così la stabilità percettiva del mondo visivo durante i movimenti oculari.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Il mondo non si muove quando lo guardiamo, eppure i nostri occhi saltano costantemente da un punto di interesse all'altro. Questi rapidi scatti, chiamati saccadi, avvengono diverse volte al secondo, spazzando la nostra visione attraverso il paesaggio a velocità che possono raggiungere i 700 gradi al secondo. Se il cervello si limitasse a registrare ogni spostamento dell'immagine sulla retina, il mondo apparirebbe come un caotico sfocato in movimento. Invece, percepiamo una scena stabile e continua. Per ottenere questo, il sistema visivo deve filtrare attivamente il movimento causato dai nostri stessi occhi. Questo processo di filtraggio, noto come soppressione saccadica, è un trucco fondamentale della percezione che ci permette di orientarci senza essere sopraffatti dal movimento sfocato del nostro stesso sguardo.
Gli scienziati discutono da tempo su come il cervello riesca a ottenere questa stabilità. Una teoria suggerisce che il cervello utilizzi una "copia" del comando di movimento oculare, un segnale inviato dai centri di pianificazione motoria alle aree visive per dire loro di ignorare il sfocato in arrivo. Un'altra teoria propone che il sistema visivo reagisca semplicemente al massiccio movimento a campo ampio che si verifica durante un salto, usando quello stesso caos visivo per innescare un meccanismo di soppressione. Un nuovo studio sui marmozetty ha ora guardato all'interno del cervello per vedere come queste due possibilità si articolano nelle aree responsabili dell'elaborazione del movimento. Registrando l'attività di centinaia di singole cellule nervose mentre gli animali guardavano scene naturali, schermi bianchi e persino nel buio totale, i ricercatori hanno scoperto che il cervello utilizza una combinazione di entrambe le strategie, ma con una sorprendente divisione del lavoro tra diversi tipi di neuroni.
I ricercatori si sono concentrati su due regioni specifiche del cervello del marmozetto, aree note per la loro competenza nel rilevare il movimento. Hanno impiantato minuscoli dispositivi di registrazione per ascoltare i segnali elettrici dei singoli neuroni mentre gli animali eseguivano un compito semplice: guardare liberamente immagini su uno schermo. Per capire cosa guidasse i neuroni, il team ha variato le condizioni. A volte gli animali guardavano fotografie naturali ricche di dettagli. Altre volte, guardavano uno schermo grigio vuoto dove non poteva verificarsi alcun movimento visivo durante un salto oculare. In una terza condizione, le luci venivano spente completamente e gli animali effettuavano movimenti oculari nel buio totale. Infine, i ricercatori hanno simulato l'effetto visivo di una saccade muovendo l'immagine sullo schermo mentre gli occhi dell'animale rimanevano perfettamente immobili, permettendo loro di separare il movimento visivo dal vero movimento oculare.
Le registrazioni hanno rivelato una popolazione diversificata di neuroni, ciascuno dei quali reagisce ai salti oculari in modo diverso. Circa il 39 percento delle cellule ha emesso un lampo di attività quasi immediatamente dopo l'inizio di un movimento oculare. Questi neuroni a "risposta precoce" erano particolarmente interessanti perché sembravano sapere esattamente in quale direzione si era mosso l'occhio. Questa sintonizzazione direzionale rimaneva valida sia che l'animale guardasse un'immagine complessa, uno schermo vuoto o anche nel buio. Ciò suggerisce che queste cellule ricevano un segnale diretto dai centri di comando motorio del cervello, una sorta di nota interna che dice: "Spostiamo gli occhi verso destra", permettendo alla cellula di anticipare il movimento prima ancora che arrivi il sfocato visivo.
Tuttavia, la storia non riguarda solo la ricezione di una nota. Questi stessi neuroni precoci attivavano anche vigorosamente quando l'immagine sullo schermo veniva mossa per simulare una saccade, anche quando l'animale era immobile. Ciò indica che sono anche altamente sensibili al movimento visivo stesso. I ricercatori hanno scoperto che queste cellule probabilmente integrano sia il segnale motorio interno che il movimento visivo esterno per rilevare che sta avvenendo una saccade. Sembrano essere un sistema di rilevamento rapido, che usa il comando interno per avere un vantaggio e il movimento visivo per confermare l'evento.
In contrasto con questi rilevatori precoci, un altro gruppo di neuroni si comportava diversamente. Queste cellule non si attivavano quando l'occhio si muoveva; invece, diventavano silenziose. Questa soppressione era più pronunciata nei neuroni che erano sintonizzati per vedere dettagli fini e schemi ad alto contrasto. Quando l'occhio saltava, queste cellule si spegnevano, disattivando efficacemente il canale visivo per evitare che il cervello elaborasse il sfocato. Questo gruppo di cellule era orientato verso forme d'onda elettriche più ampie, una firma spesso associata ai neuroni eccitatori primari del cervello, quelli che inviano informazioni ad altre parti del cervello.
Forse la scoperta più sorprendente è stata un piccolo sottoinsieme di neuroni che agiva come un filtro per la realtà. Queste cellule rispondevano fortemente quando l'immagine sullo schermo veniva mossa per simulare una saccade, ma rimanevano completamente silenti quando l'animale effettuava effettivamente una saccade. Potevano distinguere il movimento causato dal movimento del mondo dal movimento causato dal movimento dell'occhio. I ricercatori li hanno chiamati unità di "omissione saccadica". Poiché sono loro a trasmettere le informazioni al resto del cervello, la loro capacità di ignorare il movimento auto-indotto è probabilmente la chiave del perché vediamo un mondo stabile. Se queste cellule reagissero al sfocato di un salto oculare, la nostra percezione sarebbe interrotta ogni volta che guardiamo intorno.
Lo studio ha anche mappato questi diversi tipi di cellule in strati specifici del tessuto cerebrale. I neuroni a risposta precoce e rapida sono stati trovati soprattutto negli strati profondi e negli strati di input, dove sembravano essere cellule inibitorie capaci di smorzare rapidamente l'attività. Le cellule che ignoravano il movimento delle vere saccadi si trovavano principalmente negli strati superficiali, che sono gli strati di output che inviano segnali ad altre aree cerebrali. Questa disposizione suggerisce un circuito specifico: le cellule rapide e inibitorie rilevano il movimento oculare e innescano un segnale di soppressione, mentre le cellule di output negli strati superiori usano quell'informazione per filtrare il rumore, garantendo che l'immagine finale inviata alla nostra percezione conscia rimanga stabile.
Combinando le registrazioni della visione naturale, degli schermi vuoti e dell'oscurità, i ricercatori sono stati in grado di scindere la complessa miscela di segnali che creano la nostra stabile esperienza visiva. Hanno scoperto che il cervello non si affida a un singolo meccanismo per cancellare il sfocato dei movimenti oculari. Invece, impiega un team coordinato di neuroni. Alcuni agiscono come rilevatori rapidi che combinano comandi interni e indizi visivi, mentre altri agiscono come filtri che ignorano specificamente il movimento causato dalle nostre stesse azioni. Questa divisione del lavoro permette al cervello di mantenere una visione chiara e stabile del mondo, anche mentre i nostri occhi si muovono a velocità incredibili.
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