فاز نوسانات عصبی برای مسیریابی مبتنی بر توجه در قشر بینایی

مراکز علمی و پژوهشکده ها:

• دانشکده پزشکی و دندانپزشکی شولیچ، دانشگاه وسترن، لندن، انتاریو، کانادا
• مؤسسه تحقیقات رابرتز، دانشگاه وسترن، لندن، انتاریو، کانادا
• دانشکده زیست شناسی و روانشناسی، دانشگاه گوتینگن، آلمان  
• پردیس علوم لایب نیتس برای شناخت نخستی مانان، گوتینگن، آلمان
• گروه فیزیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
• مرکز نوآوری باز و انتقال فناوری وستا (مرکز آموزش عالی وستا)
• مؤسسه فناوری اطلاعات ایندراپراستا، دهلی نو، هند
• مرکز تحقیقات زیست محیطی هلمهولتز - UFZ، لایپزیگ، آلمان
• آزمایشگاه علوم اعصاب شناختی، مرکز نخستی مانان آلمان
•  مؤسسه تحقیقات نخستی مانان لایب نیتس، گوتینگن، آلمان

خلاصه مقاله:

توجه انتخابی به مغز اجازه می دهد تا به طور مؤثر تصویر روی شبکیه چشم را پردازش کند. در این فرایند، مغز منابع پردازش عصبی را به طور گزینشی روی اطلاعات دیداری ای که با رفتار ما مرتبط هستند متمرکز می کند و به این شکل، از انبوه اطلاعات دیداری ای که دریافت می کنیم، تنها بخش های مهم و مرتبط با کار جاری را درک می کند. اگرچه مطالعات قبلی اهمیت نرخ پتانسیل عمل تک نورون ها را در انتقال اطلاعات نشان داده اند، با این حال، اطلاعات کمی در مورد چگونگی مشارکت فعالیت یک نورون نسبت به شبکه همسایه آن در نمایش کارآمد محرک های مورد توجه و انتقال این اطلاعات به مناطق پایین دست مغز وجود دارد.در این پژوهش، در مسیر پردازش بینایی پشتی مغز میمون ها (ناحیه گیجگاهی فوقانی میانی)، نشان دادیم که نورون ها تمایل دارند در فاز خاصی از نوسانات الکتریکی بتا (حدود ۲۰ هرتز) به شبکه محلی اطراف، سیگنال های الکتریکی را ارسال می کنند.این تغییر در "فاز قفل شدگی" (همزمانی فعالیت نورون با فاز خاصی از نوسانات بتای محیط)  با سرعتی که حیوانات تغییر بصری را گزارش می دهند، همبستگی مثبت دارد. همچنین، مدل سازی محاسباتی ما نشان می دهد که شبکه های عصبی می توانند با اعمال تأخیرهای مختلف در سیناپس ها (محل اتصالات بین نورون ها) "فاز ترجیحی اتصال" (زمان بندی فعالیت نورون ها نسبت به شبکه اطرافشان) را دستکاری کنند.

این تمایز بین فاز قفل شدگی نورون هایی که توسط محرک مورد توجه در فضای دید فعال می شوند، در مقابل نورون هایی که توسط محرک غیرمورد توجه فعال می شوند، ممکن است به سیستم عصبی در تفکیک ورودی های حسی مهم از غیرمهم کمک کند و در نتیجه، اطلاعات مربوط به محرک های حواس پرت کن را فیلتر کند. در واقع مغز می تواند با همزمان کردن فعالیت نورون ها با فازهای خاصی از امواج مغزی، اطلاعات مربوط به محرک های حواس پرت کن را فیلتر کرده و توجه خود را روی محرک های مهم متمرکز کند. این همزمانی با دوره های حساسیت ادراکی بهتر در قشرهای بالاتر مغز مرتبط است.

این استراتژی (تمایز در زمان بندی فعالیت نورون ها) ممکن است به مغز کمک کند تا دوره های اوج کارایی ادراکی خود را برای پردازش مهم ترین اطلاعات مرتبط با رفتار، اختصاص دهد. این کار باعث می شود مغز بتواند به رویدادهای حسی مورد توجه، واکنش های بسیار کارآمدی نشان دهد.

ترجمه ی خلاصه مقاله توسط گروه وستا

لینک مقاله اصلی