8 76a8597088

siatkówkę żywego królika wystarczającą liczbą elektrod, by zarejestrować jednosekundo-wy błysk światła, nie mówiąc już o trwającej minutę scence. Dlatego do późniejszego doświadczenia wykorzystaliśmy dane z eksperymentu z błyskiem światła, wprowadzając je do komputera, który symulował działanie słynnej sztucznej siatków^rki - Komórkowej Sieci Neu-ronalncj - udoskonalonej przez Leona Chuę z University of Califomia w Berkeley i Tamasa Roskę z Węgierskiej Akademii Nauk w Budapeszcie. [Tamós jest ojcem jednego z autorów, Botonda]. System przetwarzał błyskający kwadrat w tuziny przestrzcnno-czasowych wzorców pobudzenia i hamowania, które doskonale odzwierciedlały wzorce generowane przez żywą siatkówkę.

Zachęceni powodzeniem testu, pokazaliśmy zaprogramowanemu siatkówkowemu chipowi naturalny obraz: jeden z nas (Wcrblin) usiadł przed kamerą i mówił przez ponad minutę. Symulator, który został zaprogramowany na potrzeby tego eksperymentu przez Davida Balyę z Uniwersytetu Techniczno-Ekonomicznego w Budapeszcie, wygenerował filmowe dane dla siedmiu różnych reprezentacji komórek zwojowych.

Aby potwierdzić, że chipowa symulacje są dokładne, zmierzyliśmy reakcje siedmiu neuronów siatkówki żywego królika na mówiącą twarz. Okazało się, że każda grupa komórek zwojowych siatkówki działa jak filtr, ekstrahując unikalną przestrzenno-czasową reprezentację otoczenia, która jest następnie przesyłana w postaci unikatowego filmu do mózgu. Dodaliśmy kolor do każdej z wygenerowanych przez komputer reprezentacji, aby odróżnić jedną od drugiej.

Na przykład jeden filtr (na stronie obok, pomarańczowy’) wydaje się wydobywać jedynie kontury filmowej twarzy, ukazując świat zasadniczo w formie liniowych zamów'. Inny filtr (fioletowy) podkreślał cienie pod oczami i nosem. Trzeci (beżowy) wyłania! oświetlone powierzchnie, a nie cienie i krawędzie.

Oczywiście nasze wnioskowanie o informacji, którą zbiera każdy z 12 filtrów, mogło nie być właściwe. Niestety, niemożliwe jest pokazanie zarejestrowanych wzorców na wydruku, ponieważ w^rciąż się zmieniały, ale powinniśmy zauważyć, że zawierają one wiele okresów', w których nic się nic dzieje. Każdy film wybucha aktywnością jedynie przez kilka milisekund, a poza tym jest ciemność. Nasza metoda pokazuje jednak, że każdy z filtrów jest czuły na szczególną cechę fizycznego wyglądu tw'arzy i ruchu; każdy typ komórek zwojowych ma swój własny sposób obrazowania świata.

Pokolorowanie reprezentacji umożliwiło nam także śledzenie udziału każdej grupy komórek zwojowych w końcowym, sumarycznym odwzorowaniu uzyskanym w wyniku nałożenia na siebie wszystkich siedmiu ścieżek. Cztery klatki z różnych momentów jednominutowego występu Werblina dają pewne pojęcie o tym, jak jego tw^farz przesuwa się tam i z powrotem, usta zamykają się i otwierają, a poszczególne reprezentacje pojawiają się i blakną; wygląda on jak zjawa. To jest mniej więcej to, co siatkówka wytwarza, a mózg odbiera.

Nasze filmy to oczywiście tylko przybliżenia. Pomimo to pokazują jasno, że cienka jak papier warstwa neuronalnej tkanki z tyłu oka rozdziela obraz otoczenia na tuzin odrębnych składowych. Te składowa wędrują niezależnie i oddzielnie do różnych mózgowych struktur wzrokowych - część z nich jest związana ze świadomą percepcją, a część z nieuświada-mianą. Pozostaje nam jeszcze nauczyć się rozumieć, jak mózg interpretuje te paczki informacji, aby stworzyć doskonale spójny obraz rzeczywistości.    ■

JEŚLI CHCESZ WIEDZIEĆ WIĘCEJ

Parallel Processing in Retinal Gangi ion Cells: How Integration of Spa-ce-time Patterns of Excitation and Inhibition Form the Spiking Output.

Botond Roska, A. Molnar i Frank S. Werblin; Journal of Neurophysiolo-gy, tom 95, s. 3810-3822; 2006.

Directional Selectivity Is Formed at Multiple Levels by Laterally Offset Inhibition in the Rabbit Retina.

Shelley I. Fried, Thomas A. Munch i Frank S. Werblin; Neuron, tom 46, nr 1, s. 117-127; 2005.

Filmy „widzianej" przez siatkówkę twarzy mówiącej osoby można znaleźć na stronie internetowej: www.sciam.com/ontheweb w dziale April 2007.

Listopad 2007

ŚWIAT NAUKI 59