«توهمات بصری سرگرم‌کننده هستند، اما دریچه‌ای به درک ما نیز هستند.» این گفته هی‌یونگ شین، استادیار علوم اعصاب در دانشگاه ملی سئول است. شین نویسنده اصلی یک مطالعه جدید در نشریه Nature Neuroscience است که جمعیت خاصی از نورون‌ها را در قشر بینایی مغز شناسایی کرده است – که با نام رمزگذار IC شناخته می‌شوند – و نقش مستقیم آن‌ها را در نمایش یک توهم بصری نشان می‌دهد. این اثر حاصل همکاری بین دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، مؤسسه آلن در سیاتل و دانشگاه ملی سئول است.
آنچه مغز “می‌داند”
خطوط توهمی، لبه‌هایی هستند که ما می‌بینیم، حتی اگر از نظر فیزیکی وجود نداشته باشند. یک مثال کلاسیک مثلث کانیسا است: سه شکل “پک-من” باعث می‌شوند ما یک مثلث سفید روشن را در بالای تصویر درک کنیم. اگر “پک-من”ها را با انگشتان خود بپوشانید، حقه آشکار می‌شود: هیچ حاشیه‌ای وجود ندارد، فقط یک پس‌زمینه یکنواخت.
اگر لبه‌ها در محرک وجود ندارند، مغز باید آن‌ها را پر کند. توضیح این موضوع در یک دیدگاه صرفاً “بالا به پایین” از ادراک دشوار است، جایی که سیستم بینایی فقط مانند یک دوربین عمل می‌کند و با دقت ورودی از شبکیه را پردازش می‌کند. اما حتی در مراحل اولیه نیز، سیستم بینایی فقط به طور منفعل ثبت نمی‌کند – سیگنال‌های عصبی محلی و دوربرد را ادغام می‌کند و از دانش قبلی (مانند الگوهای آماری دنیای بصری) برای هدایت تفسیرهای خود استفاده می‌کند. به عبارت دیگر، بر اساس آنچه قبلاً می‌داند، “فرضیاتی” در مورد آنچه می‌بینیم، مطرح می‌کند.
مطالعه جدید نورون‌هایی را مشخص می‌کند که برخی از این استنتاج‌ها را رمزگذاری می‌کنند. برای یافتن آن‌ها، محققان تصویربرداری مغزی پیشرفته را با یک آزمایش علّی حیاتی ترکیب کردند: مستقیماً به نورون‌ها ضربه زدند تا ببینند چه اتفاقی می‌افتد.
مشاهده و ضربه زدن به نورون‌ها
Click here to preview your posts with PRO themes ››
بخش اول این مطالعه، که با برنامه OpenScope مؤسسه آلن انجام شد، از پروب‌های سیلیکونی با چگالی بالا برای ثبت فعالیت الکتریکی گسترده در نواحی بینایی مغز موش‌ها استفاده شد و فعالیت صدها نورون با دقت زیر میلی‌ثانیه را در حالی که موش‌ها محرک‌هایی را که شامل خطوط توهمی می‌شدند، مشاهده می‌کردند، ثبت کرد.
این روش وضوح زمانی فوق‌العاده‌ای دارد، اما نمی‌تواند به راحتی خواص سلول‌های منفرد را تشخیص دهد. بنابراین، این تیم همچنین فعالیت هزاران نورون را در لایه‌های بالایی قشر بینایی با استفاده از یک مولکول فلورسنت حساس به کلسیم ثبت کردند. این کار، آن چیزی را ایجاد کرد که هیلل آدسنیک از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، “تصاویر پویا از فعالیت مغز، جایی که نورون‌ها هنگام شلیک چشمک می‌زنند” می‌نامد.
استفاده از توهمات
همچنین، این رویکردها نه تنها فعالیت را ترسیم کردند، بلکه نورون‌های خاص را نیز برای هدف قرار دادن در مرحله بعدی با اپتوژنتیک شناسایی کردند. این تکنیک ژنی را که پروتئین حساس به نور را رمزگذاری می‌کند، به ژنوم نورون‌ها وارد می‌کند و به نور اجازه می‌دهد مانند یک سوئیچ روشن/خاموش عمل کند. گروه آدسنیک این کار را یک قدم جلوتر برد و از نورپردازی هولوگرافیک سه‌بعدی استفاده کرد: “ما از یک سیستم نوری استفاده کردیم که نور را در سه بعد شکل می‌دهد و به ما امکان می‌دهد نورون‌های بسیار خاص را هدف قرار دهیم.”
این به آن‌ها اجازه داد تا یک زیرمجموعه بسیار کوچک و بسیار انتخابی را تحریک کنند: “از بین تقریباً 5000 نورون، ما توانستیم به طور انتخابی 20 نورونی را که بیشترین پاسخ را به، به عنوان مثال، رمزگذاری خطوط توهمی داشتند، هدف قرار دهیم.” با ترکیب این تحریک با ثبت‌های قشر مغز، این تیم توانستند فراتر از صرفاً همبستگی فعالیت عصبی با یک محرک حرکت کنند. همانطور که آدسنیک می‌گوید: “به جای کار با یک رویکرد صرفاً مشاهده‌ای، ما می‌توانستیم در واقع آن نورون‌های خاص را به عنوان یک گروه تحریک نوری و فعال کنیم و مشاهده کنیم که چگونه بر پویایی عصبی تأثیر می‌گذارد.”
Click here to preview your posts with PRO themes ››
با تحریک نوری رمزگذارهای IC، محققان توانستند همان الگوهای فعالیت عصبی را که معمولاً توسط لبه‌های توهمی ایجاد می‌شوند، حتی در غیاب هرگونه ورودی بصری بازسازی کنند. به عبارت دیگر، فعال کردن این جمعیت برای تولید سیگنال “مرز” خاص در مدار بینایی کافی بود، نه فقط یک انفجار فعالیت عمومی. این نشان می‌دهد که رمزگذارهای IC فقط از ورودی حسی پیروی نمی‌کنند – آن‌ها فعالانه نمایش لبه‌هایی را که از نظر فیزیکی وجود ندارند، می‌سازند.
آزمایش‌های رفتاری هنوز در راه است
این بدان معنا نیست که موش‌ها هنگام فعال شدن مصنوعی نورون‌ها، “دیدند” خطوط توهمی را. آدسنیک می‌گوید: “ما در واقع رفتار را در این مطالعه اندازه گیری نکردیم.” “این در مورد نمایش عصبی بود.” تنها چیزی که در این مرحله می‌توانیم بگوییم این است که رمزگذارهای IC می‌توانند الگوهای فعالیت عصبی را القا کنند که با آنچه تصویربرداری در طول ادراک طبیعی خطوط توهمی نشان می‌دهد، مطابقت داشته باشد.
شین اعتراف می‌کند: “ممکن است موش‌ها آن‌ها را ندیده باشند،” “زیرا این تکنیک شامل تعداد نسبتاً کمی از نورون‌ها به دلیل محدودیت‌های فنی بوده است. اما در آینده می‌توان تعداد نورون‌ها را گسترش داد و همچنین آزمایش‌های رفتاری را معرفی کرد.”
آدسنیک می‌گوید این مرز بعدی است: “کاری که ما انجام می‌دهیم تحریک نوری این نورون‌ها و دیدن این است که آیا می‌توانیم پاسخ رفتاری حیوان را حتی بدون هیچ محرکی روی صفحه نمایش ایجاد کنیم.” در حال حاضر، اپتوژنتیک فقط می‌تواند تعداد کمی از نورون‌ها را هدایت کند، و رمزگذارهای IC نسبتاً نادر و پراکنده هستند. “در حال حاضر ما فقط تعداد کمی از این آشکارسازها را تحریک کرده‌ایم، عمدتاً به دلیل محدودیت‌های فنی. رمزگذارهای IC یک جمعیت نادر هستند، احتمالاً در لایه‌ها [سیستم بینایی] توزیع شده‌اند، اما ما می‌توانیم آزمایشی را تصور کنیم که در آن سه، چهار، پنج، شاید حتی 10 برابر نورون‌های بیشتری را استخدام کنیم.” “در این صورت فکر می‌کنم ممکن است بتوانیم پاسخ‌های رفتاری را شروع کنیم. ما قطعاً بسیار دوست داریم این آزمایش را انجام دهیم.”
Click here to preview your posts with PRO themes ››
Nature Neuroscience, 2025. DOI: 10.1038/s41593-025-02055-5
فدریکا اسگوربیسا روزنامه‌نگار علم است. او در مورد علوم اعصاب و علوم شناختی برای رسانه‌های ایتالیایی و بین‌المللی می‌نویسد.
