كيف يزيل الدماغ ضبابية الرؤية في أثناء الحركة؟

لماذا تظل صورنا الذهنية حادة حتى عندما نتحرك بسرعة؟ تمكن فريق من علماء الأعصاب في معهد العلوم والتكنولوجيا النمساوي (ISTA) من تحديد آلية تعمل على تصحيح التشوهات البصرية الناجمة عن الحركة لدى الحيوانات.

وتحدد الدراسة، التي أجريت على الفئران، بمعرفة الفريق الذي قاده البروفيسور ماكسيميليان جوش، وظيفة أساسية يمكن تعميمها على نظام الرؤية لدى الفقاريات، بما في ذلك الرئيسيات مثل البشر.

نشرت النتائج في مجلة Nature Neuroscience.

وذكر موقع ميديكال إكسبريس أنه بالرغم من التطور السريع الذي شهدته صناعة كاميرات الفيديو في العقود الأخيرة، فإنها لا تزال تلاحق قدرات العين البشرية.

وعلى وجه الخصوص، تم تصميم كاميرات الحركة لالتقاط لقطات أثناء الانغماس في الحركة.

وبينما نحكم على جودة اللقطات والحاجة إلى معدات متطورة وبرامج تحسين بناءً على قدرات العين البشرية، ينشأ سؤال: كيف تقوم أعيننا بذلك ببراعة؟

الآن، تمكن الباحثون بقيادة البروفيسور ماكسيميليان جوش من الإجابة على هذا السؤال ببراعة فنية مذهلة.

فقد قام العلماء الثلاثة والمؤلفون المشاركون توماس فيجا زونيجا، وأنتون سومسر، وأولجا سيمونوفا، بدمج مجموعة من التقنيات الحديثة لتحديد منطقة في الدماغ لدى الفأر يمكنها التنبؤ بكيفية تشويه الحركات للإشارة البصرية والحد منها.

تقوم هذه المنطقة الموجودة في أعماق الدماغ بنسخ الأوامر الحركية للدماغ لقمع التشوهات الناجمة عن الحركة.

يقول جوش: "لقد أظهرنا أن تصحيح الصورة يحدث في وقت مبكر للغاية أثناء المعالجة البصرية ـ قبل أن تنتقل المعلومات إلى مناطق أخرى من الدماغ معروفة بتمثيلها لخصائص بصرية أكثر تعقيدا، وبالتالي، فإننا نثبت أن دماغ الثدييات يبتكر استراتيجيات للتعويض عن الحركة بكفاءة من خلال التنبؤ بتأثيراتها على الرؤية".

وقد حدد العلماء "النواة الركبية الجانبية البطنية" (vLGN) باعتبارها المنطقة الدماغية المسؤولة عن برنامج تحسين الفيديو عالي التقنية المدمج، وهي تقع في المهاد الجانبي، وهو هيكل على شكل بيضة في وسط الدماغ، أسفل القشرة المخية.

وجد الباحثون أن الشبكة العصبية القحفية الأمامية تدمج إشارات حركية وحسية مختلفة من مختلف أنحاء المخ، وتعمل كمركز لحساب إشارة تصحيحية شاملة.

ومن الأمثلة على ذلك "إزالة التشويش" عن الإشارات البصرية بمجرد تحريك العين، وهذا يسمح بحساب المراحل اللاحقة من المعالجة البصرية بكفاءة أكبر.

وقال جوش: "فكِّر في استراتيجيات للحصول على لقطات فيديو جيدة أثناء سباق الفورمولا 1، ولأن السيارات تتحرك بسرعة كبيرة، فلابد من تقليل وقت التعرض لجعل اللقطات النهائية أقل ضبابية".

يمكن بث مثل هذه اللقطات مباشرة على شاشة التلفزيون دون أي مرحلة ما بعد الإنتاج، وهذا هو ما تفعله شبكة vLGN تقريبًا لمساعدتنا على التمييز بين حركتنا وحركة العالم من حولنا.

ومع ذلك، على عكس الكاميرا الثابتة التي تعرض السيارات وهي تتسابق، تعالج شبكة vLGN في المخ الإشارات بشكل مشابه للقطات التي تلتقطها "عين السائق" في سباقات الفورمولا 1، فتعوض الحركة بشكل ديناميكي لتثبيت ما ندركه.

وظيفة أساسية لم يتم رصدها

وقد بحثت أعمال سابقة عن آلية تعمل على ضبط الرؤية بشكل فعّال أثناء الحركة. وقد ركزت أغلب هذه الأعمال على دراسة حركات العين السريعة لدى الرئيسيات.

والحركات السريعة هي تحولات سريعة لمركز النظرة من جزء من المجال البصري إلى جزء آخر، وهي الحركة التي من المفترض نظريًا أن تؤدي إلى تشويش أو خلق صورة ذهنية ــ ولكنها لا تفعل ذلك دائما.

ومع ذلك، ركزت هذه الدراسات على الهياكل القشرية التي تشارك في مراحل لاحقة كثيرًا من مسار معالجة الرؤية.

وعلى النقيض من ذلك، يتعرض نظامنا الحسي باستمرار لـ"قصف" من أنواع مختلفة من الحركات، لذا، فكلما تمكن المخ في وقت مبكر من تعويض الحركة في الرؤية، كان ذلك أفضل، كما يوضح جوش.

وقال: "من المرجح أن نتائجنا لم تُلاحظ حتى الآن لأننا كنا ننظر إلى مراحل في مسار المعالجة البصرية حيث تم تصحيح الصورة بالفعل".

والآن يفترض علماء معهد ISTA أن النتائج التي توصلوا إليها بشأن vLGN في الفئران تمثل وظيفة أساسية في دماغ الثدييات.

وقال جوش: "توجد هياكل مماثلة في الرئيسيات، ومن المرجح جدًا أن تكون هذه هي الحال بالنسبة للبشر أيضًا. وهذا يجعل نتائجنا مثيرة للغاية".

نظام الواقع الافتراضي

ومن بين التقنيات المتطورة التي استخدمها علماء ISTA كان المجهر التصويري ثنائي الفوتون المصنوع خصيصًا للكالسيوم.

تسمح هذه التقنية للفريق بقياس نشاط الخلايا العصبية vLGN في الدماغ السليم بينما تكون الفئران مستيقظة وتتصرف بشكل طبيعي في نظام الواقع الافتراضي.

يقول جوش: "بفضل هذا الإعداد، يمكننا النظر إلى دماغ الفأر ومراقبة نشاط الأعصاب vLGN أثناء تجوال الفئران في عالم افتراضي".

وباستخدام هذه الطريقة، اكتشف الفريق أن الشبكة العصبية القحفية الظاهرية تتلقى نسخًا محددة للغاية من التعليمات السلوكية التي يمكن استخدامها لإزالة التشوهات البصرية أثناء الحركة.

وقال جوش: "كانت هذه الورقة البحثية بمثابة جولة تقنية قوية، حيث استخدمت طرقًا متعددة للحصول على فهم شامل لدور الشبكة العصبية القحفية الظاهرية في دماغ الفأر، ونحن متحمسون لمعرفة إلى أين ستقودنا الدراسات المتابعة".