W myśl jednej z fundamentalnych – jak wydawałoby się – zasad, pojedyncze komórki nerwowe reagują na określone cechy obrazu i przekazują informacje dalej w sposób przewidywalny. Naukowcy odkryli jednak, że ludzkie oko oraz siatkówka potrafią przetwarzać informacje wizualne w sposób, który przeczy wieloletnim założeniom dotyczącym funkcjonowania układu wzrokowego.
Czytaj też: Codzienność pod dyktando wagi. Jak fenyloketonuria dyktuje warunki polskim rodzinom
Przedstawiciele Yale School of Medicine analizowali działanie komórek zwojowych siatkówki, czyli wyspecjalizowanych neuronów odpowiedzialnych za przekazywanie informacji z oka do mózgu. Wydawało się, iż każda z tych komórek posiada jedno podstawowe zadanie i reaguje na określony rodzaj bodźca wizualnego. Wygląda na to, że te same neurony mogą zmieniać sposób działania w zależności od sytuacji i kontekstu obserwowanego obrazu.
Oznacza to, że pojedyncza komórka nie jest jedynie prostym detektorem określonego sygnału. Zamiast tego może pełnić różne funkcje jednocześnie, dostosowując sposób przetwarzania informacji do warunków, w jakich znajduje się organizm. To z kolei zmienia sposób myślenia o tym, jak działa ludzki wzrok (a przy okazji dotyka badań na temat wielu innych kręgowców).
Autorzy tych rewelacji wyjaśniają, iż dotychczasowy model był dość prosty: światło trafiało do oka, następnie kolejne grupy komórek przetwarzały informacje krok po kroku, a na końcu gotowy sygnał docierał do mózgu. Nowe wyniki sugerują natomiast, że już na bardzo wczesnym etapie analiza obrazu jest znacznie bardziej dynamiczna. Siatkówka nie pełni wyłącznie roli biologicznej kamery rejestrującej obraz, lecz aktywnie interpretuje informacje jeszcze zanim dotrą one do wyższych ośrodków mózgowych.
Takie rozwiązanie może przynosić ogromne korzyści ewolucyjne. Dzięki bardziej elastycznemu przetwarzaniu informacji organizm jest w stanie szybciej reagować na zmieniające się warunki otoczenia. W praktyce oznacza to skuteczniejsze wykrywanie ruchu, zagrożeń czy obiektów istotnych dla przetrwania. Mózg otrzymuje już częściowo przeanalizowane dane, co pozwala mu oszczędzać energię i przyspieszać podejmowanie decyzji.
Czytaj też: Cieplejsze lato to sprawdzian dla organizmu. Lepiej przygotować się zanim pojawią się pierwsze objawy
Z punktu widzenia medycyny, lepsze zrozumienie mechanizmów działania siatkówki może pomóc w opracowywaniu nowych terapii dla osób cierpiących na schorzenia wzroku. Dotyczy to między innymi chorób degeneracyjnych prowadzących do utraty widzenia, takich jak zwyrodnienie plamki żółtej czy retinopatie. Wiedza o tym, w jaki sposób neurony zmieniają swoje funkcje, może w przyszłości pomóc w projektowaniu skuteczniejszych metod leczenia i bardziej zaawansowanych implantów wzrokowych.
A na tym potencjalne wdrożenia się nie kończą, ponieważ mogłyby dotyczyć nawet sztucznej inteligencji i systemów komputerowego rozpoznawania obrazu. Współczesne algorytmy często opierają się na uproszczonych modelach inspirowanych funkcjonowaniem ludzkiego mózgu. Jeśli okaże się, że siatkówka przetwarza informacje w sposób bardziej elastyczny niż dotychczas zakładaliśmy, podobne rozwiązania mogą znaleźć zastosowanie w przyszłych generacjach inteligentnych systemów analizujących obrazy.
Źródło: Neuron