Delapan mata: mengungkapkan penglihatan gurita menggunakan peta saraf

ringkasan: Para peneliti memetakan aktivitas saraf dalam sistem visual gurita, mengungkapkan kemiripan yang mencolok dengan manusia.

Tim mengamati respons saraf terhadap titik terang dan gelap, sehingga memetakan apa yang menyerupai organisasi otak manusia. Menariknya, gurita dan manusia berbagi nenek moyang terakhir sekitar 500 juta tahun yang lalu, menunjukkan evolusi independen dari sistem visual yang begitu kompleks.

Temuan ini berkontribusi secara signifikan terhadap pemahaman kita tentang penglihatan cephalopoda dan struktur otak.

Fakta-fakta kunci:

1. Sekitar 70% otak gurita didedikasikan untuk penglihatan. Penelitian ini adalah yang pertama untuk memetakan aktivitas saraf dalam sistem visual mereka, memberikan wawasan tentang bagaimana makhluk laut ini memandang dunia mereka.
2. Meskipun memiliki nenek moyang yang sama 500 juta tahun yang lalu, gurita dan manusia mengembangkan peta saraf serupa untuk persepsi visual.
3. Studi tersebut menemukan bahwa neuron gurita merespons dengan kuat terhadap titik cahaya kecil dan titik gelap besar, yang berbeda dari sistem visual manusia. Ini kemungkinan karena kekhasan lingkungan bawah laut.

sumber: Universitas Oregon

Seekor gurita mencurahkan sekitar 70 persen otaknya untuk penglihatan. Namun hingga saat ini, para ilmuwan hanya memiliki pemahaman yang samar tentang bagaimana hewan laut ini melihat dunia bawah laut mereka. Sebuah studi Universitas Oregon baru menjelaskan sudut pandang gurita.

Untuk pertama kalinya, ahli saraf telah merekam aktivitas saraf dari sistem visual gurita. Mereka membuat peta bidang visual gurita dengan mengamati langsung aktivitas saraf di otak hewan tersebut sebagai respons terhadap titik terang dan gelap di lokasi berbeda.

Peta aktivitas saraf dalam sistem visual gurita ini sangat mirip dengan apa yang kita lihat di otak manusia — meskipun gurita dan manusia memiliki nenek moyang yang sama sekitar 500 juta tahun yang lalu, gurita mengembangkan sistem saraf kompleks mereka secara mandiri.

Neuroscientist Christopher Neale dan timnya melaporkan temuan mereka dalam makalah yang diterbitkan 20 Juni di jurnal Neuroscientist Christopher Neale. Biologi Saat Ini.

“Tidak ada yang benar-benar terekam dari sistem visual pusat cephalopoda sebelumnya,” kata Neal. Gurita dan cephalopoda lainnya biasanya tidak digunakan sebagai model untuk memahami penglihatan, tetapi tim Neal tertarik dengan otak mereka yang tidak biasa.

Dalam makalah terkait yang diterbitkan tahun lalu di Biologi Saat IniLaboratorium mengidentifikasi berbagai kelas neuron di lobus optik gurita, bagian otak yang didedikasikan untuk penglihatan. “Bersama-sama, makalah ini memberikan landasan yang baik dengan menunjukkan berbagai jenis neuron dan responsnya—dua aspek kunci yang ingin kami ketahui untuk mulai memahami sistem visual baru,” kata Neal.

Dalam studi baru, para peneliti mengukur bagaimana neuron dalam sistem visual gurita merespons bintik-bintik gelap dan terang yang bergerak melintasi layar. Menggunakan mikroskop fluoresen, peneliti dapat mengamati aktivitas neuron saat mereka merespons, untuk melihat bagaimana neuron bereaksi berbeda tergantung di mana bintik itu muncul.

“Kami dapat melihat bahwa setiap situs di lobus optik menanggapi satu lokasi di layar di depan hewan tersebut,” kata Neal. “Jika kita pindah ke suatu tempat, responsnya bergerak di otak.”

Jenis peta individu ini ditemukan di otak manusia untuk berbagai indera, seperti penglihatan dan sentuhan. Ahli saraf telah menghubungkan lokasi sensasi tertentu dengan titik tertentu di otak.

Representasi sentuhan yang terkenal adalah homunculus, sosok manusia kartun di mana bagian-bagian tubuh ditarik secara proporsional dengan jumlah ruang otak yang dikhususkan untuk memproses masukan sensorik di sana.

Bintik-bintik yang sangat sensitif seperti jari tangan dan kaki tampak besar karena ada banyak input otak dari bagian-bagian tubuh ini, sedangkan area yang kurang sensitif jauh lebih kecil.

Tetapi menemukan hubungan yang teratur antara pemandangan visual dan otak gurita jauh dari kasusnya. Ini adalah inovasi evolusi yang agak rumit, dan beberapa hewan seperti reptil tidak memiliki jenis peta ini. Juga, penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa gurita tidak memiliki peta seperti homunculus dari berbagai bagian tubuh mereka.

“Kami berharap peta visualnya ada di sana, tetapi tidak ada yang secara langsung menyadarinya sebelumnya,” kata Neal.

Para peneliti juga mencatat bahwa neuron dalam gurita merespons sangat kuat terhadap bintik-bintik cahaya kecil dan bintik-bintik gelap yang besar – perbedaan mencolok dari sistem visual manusia. Tim Neal berhipotesis bahwa ini mungkin karena karakteristik khusus dari lingkungan bawah air yang harus dilalui oleh gurita. Predator yang mengintai mungkin tampak sebagai bayangan gelap yang besar, sedangkan objek di dekatnya seperti makanan mungkin tampak sebagai titik terang kecil.

Selanjutnya, para peneliti berharap untuk memahami bagaimana otak gurita merespons gambar yang lebih kompleks, seperti yang sudah ada di lingkungan alaminya. Tujuan utama mereka adalah melacak jalur input visual ini lebih dalam ke otak gurita, untuk memahami bagaimana gurita melihat dan berinteraksi dengan dunianya.

Tentang penelitian ini di Visual Neuroscience News

pengarang: Molly Blancett
sumber: Universitas Oregon
komunikasi: Molly Blancett – Universitas Oregon
gambar: Gambar dikreditkan ke Neuroscience News

Pencarian asli: akses terbuka.
“Regulasi fungsional respons visual di lobus optik guritaDitulis oleh Christopher Neal, dkk. Biologi Saat Ini

ringkasan

Regulasi fungsional respons visual di lobus optik gurita

Highlight

• Organisasi fungsional sistem visual cephalopoda sebagian besar tidak diketahui
• Menggunakan pencitraan kalsium, kami memetakan respons visual di lobus optik gurita
• Kami mengidentifikasi bidang reseptif yang terlokalisasi secara spasial dengan organisasi retina
• Jalur hidup dan mati berbeda dan memiliki sifat selektif ukuran yang unik

ringkasan

Cephalopoda adalah hewan yang sangat visual dengan mata tipe kamera, otak besar, dan repertoar kaya perilaku yang diarahkan secara visual. Namun, otak cephalopoda berevolusi secara independen dari otak spesies lain dengan penglihatan tinggi, seperti vertebrata. Oleh karena itu, sirkuit saraf yang memproses informasi sensorik sangat berbeda.

Sebagian besar tidak diketahui bagaimana sistem visual mereka yang unik dan kuat bekerja, karena belum ada pengukuran neurologis langsung dari respons visual di otak cephalopoda.

Dalam penelitian ini, kami menggunakan pencitraan kalsium dua-foton untuk merekam respons yang ditimbulkan secara visual di pusat pemrosesan visual utama otak pusat gurita, lobus optik, untuk menentukan bagaimana fitur dasar pemandangan visual direpresentasikan dan diatur.

Kami menemukan domain reseptor cahaya (ON) dan gelap (OFF) yang terlokalisasi secara spasial, yang diatur secara retina di seluruh lobus optik, menunjukkan ciri khas organisasi sistem visual yang umum di banyak spesies.

Pemeriksaan tanggapan ini mengungkapkan pergeseran representasi visual di seluruh lapisan lobus visual, termasuk munculnya jalur OFF dan peningkatan selektivitas ukuran.

Kami juga mengidentifikasi asimetri dalam pemrosesan spasial rangsangan hidup dan mati, yang menyarankan mekanisme sirkuit unik untuk pemrosesan model yang mungkin telah berevolusi untuk mengakomodasi persyaratan khusus pemrosesan pemandangan visual bawah air.

Studi ini memberikan wawasan ke dalam pemrosesan saraf dan organisasi fungsional dari sistem visual gurita, menyoroti aspek umum dan unik, dan meletakkan dasar untuk studi masa depan sirkuit saraf yang memediasi pemrosesan visual dan perilaku pada cephalopoda.