Wybierz przedmiot przed sobą – na przykład filiżankę – i skup się na nim. Możesz myśleć, że trzymasz oczy nieruchomo, ale tak nie jest: Twoje oczy często poruszają się bez twojej wiedzy, powodując maleńkie mimowolne drgania zwane mikrosakkadami.
W rzeczywistości te drgawki są powodem, dla którego nadal widzisz filiżankę do herbaty – wprowadzają wystarczającą różnorodność wzorów światła na twoich oczach, aby uniemożliwić neuronom wzrokowym całkowitą adaptację do tego, na co patrzą. Bez mikrosakkad obraz filiżanki wkrótce zacząłby zanikać, w ten sam sposób, w jaki twój nos może być ślepy na ciągły zapach.
Owady nie mają tego luksusu, ponieważ ich oczy są mocno utkwione w głowie. Ale nowe badanie pokazuje, że muszki owocowe wyewoluowały inną strategię, aby dostosować swój wzrok bez poruszania głową – poruszają siatkówkami wewnątrz oczu.
„To bardzo interesujące, że muszki owocowe poruszają siatkówkami, ponieważ sugeruje, że może istnieć jeszcze cały zestaw funkcji, które system wzrokowy wykorzystuje do zbierania i przetwarzania informacji” – mówi Lisa Fenk, która przeprowadziła to badanie jako doktor habilitowany w laboratorium Gaby Maimon na Uniwersytecie Rockefellera, a obecnie jest liderem grupy w Instytucie Maxa Plancka ds. Inteligencji Biologicznej.
Wykorzystując pozornie proste organizmy, takie jak muszka owocowa, w których dostępne są zaawansowane metody badania, w jaki sposób obwody mózgowe powodują powstawanie zachowań, laboratorium Maimona stara się zrozumieć ogólne zasady, w jaki mózg wytwarza działania ukierunkowane na cel. Naukowcy twierdzą, że ich nowe odkrycia, opublikowane w Nature, powinny pozwolić na wiele nowych odkryć dotyczących biologii ruchów gałek ocznych zwierząt bardziej ogólnie. Takie badania mogą ostatecznie doprowadzić do lepszego zrozumienia zaburzeń poznawczych, takich jak autyzm i schizofrenia, w których ruchy gałek ocznych są upośledzone.
Naukowcy wykorzystali kombinację podejść – anatomicznych, behawioralnych, elektrofizjologicznych i genetycznych – aby uzyskać bardziej holistyczne zrozumienie układu wzrokowego muchy. Najpierw musieli ustalić, czy muszki owocowe mają mięśnie przyczepione do siatkówki. W eksperymentach z użyciem cząsteczki fluorescencyjnej, która wiąże się z włóknami mięśniowymi, obrazy mikroskopowe ujawniły dwa świecące mięśnie dla każdej siatkówki, potwierdzając, że takie mięśnie rzeczywiście istnieją i mogą poruszać siatkówką w dwóch wymiarach. Następnie naukowcy utrzymywali głowy much nieruchomo przed panoramicznym ekranem LED wyświetlającym poruszające się wzory i używali kamer do śledzenia pozycji siatkówek much. Odkryli, że siatkówki poruszają się zgodnie ze wzorami, tak jak oczy śledzą piłkę podczas oglądania meczu tenisowego. „Uważamy, że zdolność śledzenia poruszających się obiektów wyewoluowała niezależnie u much i ludzi”, mówi Fenk, „co prowadzi do tego, że organizmy o bardzo różnych typach oczu mają bardzo podobne aktywne strategie”.
Jednak siatkówki much nie tylko śledziły wzorce. Wykonywali również celowe, drgające ruchy z boku na bok oraz w górę iw dół, gdy owady oglądały nieruchomą scenę, podobną do mikrosakkad kręgowców. A kiedy naukowcy zmierzyli elektryczne reakcje neuronów wzrokowych u much, odkryli związek między drganiami siatkówki a aktywnością neuronów. Może to oznaczać, że spontaniczne ruchy oczu powstrzymują neurony wzrokowe przed adaptacją, tak jak u kręgowców, ale naukowcy rozważają również bardziej intrygującą opcję: te drobne przesunięcia, które często przesuwają siatkówkę tylko o stopień lub mniej pod kątem widzenia , popraw rozdzielczość widzenia muchy. Ruchy siatkówki mogą zatem pomóc wyjaśnić, w jaki sposób muszki owocowe, które mają tylko około 6000 fotoreceptorów na oko – drobiazg w porównaniu z setkami milionów receptorów w ludzkim oku – wciąż mogą widzieć zaskakująco dobrze.
„Być może mikrosakkady siatkówkowe, które przesuwają świat muchy o jedną dziesiątą lub jedną piątą piksela, pomagają im odróżnić, czy ciemna plamka przed nimi to kolejna mucha, czy tylko schmutz” – mówi Maimon – wzrost rozdzielczości wystarczająco znaczący, aby pomóc zwierzętom. lepiej przeżyć na wolności.
Dodaje, że inżynierowie optyczni byli ostatnio w stanie zwiększyć rozdzielczość kamer, wprowadzając drobne ruchy czujników, równolegle do widzenia owadów, co może pomóc w ulepszeniu przyszłej konstrukcji takich kamer.
Oprócz poprawy rozdzielczości zespół odkrył również potencjalną rolę ruchów siatkówki w percepcji głębi. Sprawiając, że badani chodzą po urządzeniu przypominającym bieżnię, wyposażonym w małe szczeliny, naukowcy zauważyli, że muchy wykonywały zbieżne lub zezowane ruchy siatkówki w momencie przekraczania szczelin. Z drugiej strony, muchy zaprojektowane tak, aby wolniej poruszać siatkówkami, miały większe trudności z wdrapywaniem się na drugą stronę. Naukowcy podejrzewają, że muchy omijają punkty widzenia swoich dwóch siatkówek, aby na przykład ocenić odległość do szczeliny przed nimi. To specyficzna sztuczka, której ludzie nie mają – gdybyśmy to zrobili, byłoby tak, jakbyśmy mogli ocenić odległość, po prostu zezując przez oczy.
Pająki są również w stanie poruszać siatkówkami, zjawisko, które Fenk studiował na studiach podyplomowych i które zmotywowało ją i Maimon do zastanowienia się nad muszkami owocowymi. „Zrozumienie, które owady inne niż muchy mogą poruszać siatkówką i co to oznacza dla ich biologii, będzie fascynujące” – mówi Fenk.
„Mamy tylko zarysowaną powierzchnię zrozumienia, jakim funkcjom służą te ruchy siatkówki” – dodaje Maimon. Na przykład Fenk i Maimon zamierzają teraz sprawdzić, czy muchy wykonują ruchy siatkówki podczas snu lub gdy przenoszą swoją uwagę na różne części pola widzenia.