Hoe verwerkt ons brein visuele prikkels?
Leuvense onderzoekers brengen de diversiteit en specificiteit van visuele gebieden in de hersenschors van muizen in kaart
15 juni 2022
Een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Vincent Bonin van Neuro-Electronics Research Flanders (NERF) - een interdisciplinair onderzoeksinstituut onder de vlag van imec, KU Leuven en VIB - heeft meer dan 30.000 zenuwcellen in muizenhersenen onderzocht om meer te weten te komen over hun specialisatie in de verwerking van visuele informatie. De resultaten, die deze week gepubliceerd werden in het vakblad Nature Communications, leren ons meer over hoe de hersenen in staat zijn om te ‘zien’ wat onze ogen waarnemen.
Voor onze dagdagelijkse interacties met de wereld om ons heen is het van cruciaal belang dat we visuele informatie correct kunnen verwerken. Hoe we dat precies doen, daarop hebben wetenschappers eigenlijk nog maar een heel beperkt zicht.
Prof. Vincent Bonin (NERF) bestudeert de hersencircuits die instaan voor ons zicht: "Mijn team en ik zijn op zoek naar de biologische mechanismen die instaan voor de verwerking van visuele informatie en hoe dat leidt tot bepaald gedrag. Ons onderzoek spitst zich toe op de visuele cortex, het stuk van onze hersenschors dat instaat voor ons zicht, en op de verbindingen en circuits die ermee gevormd worden."
De activiteit van 30.000 hersencellen
Om een duidelijk beeld te krijgen van wat er in onze hersenen gebeurt met visuele informatie, hebben wetenschappers in de eerste plaats meer en betere gegevens nodig, zegt Bonin. "Om informatieverwerkingsstromen bloot te leggen hebben we te weinig datasets die meerdere visuele gebieden omvatten. Opnamedata van de activiteit van zenuwcellen in individuele gebieden schieten vaak tekort wanneer het gaat over de functionele diversiteit van de circuits in hun geheel."
Dat is de reden waarom Xu Han, die onlangs zijn doctoraat behaalde onder leiding van Bonin, de activiteit van wel meer dan 30.000 zenuwcellen uit acht verschillende visuele gebieden in de hersenen van de muis in kaart bracht voor een brede waaier aan visuele stimuli. Met deze enorme inspanning wilden Han en zijn collega's de respons van tienduizenden neuronen in kaart brengen in termen van hun vermogen om oriëntatie, spatiotemporaal contrast en visuele bewegingssnelheid te coderen.
Gestructureerd en fijnmazig
De onderzoekers ontdekten dat hoewel alle gebieden in de visuele hersenschors van muizen meerdere soorten visuele informatie doorgaven, ze toch een duidelijke voorkeur vertoonden voor bepaalde kenmerken.
Bij het inzoomen op individuele zenuwcellen bleken sommige kenmerken een continuüm te vormen, terwijl andere visuele kenmerken duidelijk op een zeer afgelijnde en specifieke manier verwerkt werden.
Bonin: "Onze resultaten tonen aan hoe visuele signalen op een erg gestructureerde en fijnmazige manier worden verwerkt door verschillende hersengebieden, wat doorgedreven specialisatie mogelijk maakt."
De studie werpt nieuw licht op hoe hersencircuits die instaan voor onze zintuiglijke waarnemingen onze perceptie en gedrag informeren, aldus Bonin. "Door een combinatie van functionele beeldvorming, tracering en manipulatie van neurale circuits, zijn we er in geslaagd een gedetailleerde blauwdruk te bekomen voor hoe de hersenen visuele prikkels verwerken."
Publicatie
Diversity of spatiotemporal coding reveals functional specialization of visual streams in the mouse cortex
Han, Vermaercke & Bonin, Nat Comms 2022
