Raziskovalci Biotehniške fakultete v več kot šestletni raziskavi zgradbe živčne mreže razvili matematični model za simulacijo živčnih signalov zaznave slike oziroma barv pri živalih

22.04.2022

Raziskovalci Biotehniške fakultete v več kot šestletni raziskavi zgradbe živčne mreže razvili matematični model za simulacijo živčnih signalov zaznave slike oziroma barv pri živalih

Raziskovalci z japonske podiplomske univerze Sokendai in sodelavca iz Oddelka za biologijo Biotehniške fakultete, dr. Marko Ilić in izr. prof. dr. Gregor Belušič, oba s Katedre za fiziologijo, antropologijo in etologijo, so analizirali živčno vezje, ki je podlaga za izjemne čutilne sposobnosti metulja. Prof. dr. Gregor Belušič je pojasnil: »Japonski lastovičar Papilio xuthus velja za žival z najbolj natančnim barvnim vidom, ki temelji na štirih osnovnih barvah. Metulj je tetrakromat, valovne dolžine svetlobe pa razločuje na 1 nanometer natančno, s čimer presega sposobnosti človeškega vida.« Dr. Marko Ilić pa je pojasnil prispevek slovenskih raziskovalcev: »S kombinacijo konektomike, elektrofiziologije in numeričnega modeliranja smo razvozlali živčno mrežo na položaju med mrežnico in prvim možganskim režnjem metulja, ki lastovičarju omogoča natančen barvni vid. Temeljna raziskava predstavlja preboj pri razumevanju čutilnih zaznav, vedenja in kognicije živali.« Rezultate večletne raziskave so japonski in slovenski raziskovalci objavili v reviji Current biology (IF =10.834), v članku z naslovom »Konektom lamine razkriva vezje za zgodnje procesiranje barv v vidni poti pri metulju / Connectome of the lamina reveals the circuit for early color processing in the visual pathway of a butterfly.

vir: Wikipedia

Japonski raziskovalci iz laboratorija prof. Arikawe so metuljev vidni sistem analizirali z elektronsko mikroskopsko tehniko izdelave serijskih rezin, ki omogoča anatomsko analizo velikih vzorcev živčevja, 3D rekonstrukcijo živčnih celic in zaznavo povezav med nevroni, kemičnih sinaps. V vzorcu so zajeli vse svetločutne celice in nevrone iz osmih očesc sestavljenega očesa metulja ter pripadajočega preklopa na nevrone v vidni poti. Metodo imenujemo »konektomika« in velja za standard v sodobni nevrobiologiji. Določili so položaj skoraj 100.000 sinaps med sto celicami in rekonstruirali celotno živčno mrežo. Anatomska raziskava je trajala šest let.

Raziskovalci Biotehniške fakultete pa so z mikroelektrodami pridobili posnetke odzivov teh celic na barvne dražljaje in ugotovili, da živčni signali, ki kodirajo barve, vzdolž vidne poti postopoma postajajo izostreni, po zaslugi zaviralnih sinaps med različnimi celicami.
Prof. dr. Gregor Belušič je predstavil potek raziskave v Sloveniji: »Na osnovi anatomskih podatkov – števila in položaja sinaps – smo izdelali matematični model, ki v celoti pojasni lastnosti signalov v izmerjenih celicah. Raziskovalci na Oddelku za biologijo Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani smo preučevali vid metuljev približno 5 let.« S kombinacijo konektomike, elektrofiziologije in numeričnega modeliranja so razvozlali živčno mrežo na položaju med mrežnico in prvim možganskim režnjem metulja, ki lastovičarju omogoča natančen barvni vid.

Temeljna raziskava predstavlja preboj pri razumevanju čutilnih zaznav, vedenja in kognicije živali. Dr. Marko Ilić je povedal: »Matematični model simulacije živčnih signalov, ki je izdelan na osnovi podatkov o zgradbi živčne mreže, prikazuje zaznavo slike oziroma barv pri živalih. Izsledki so pomembni za razumevanje delovanja živčevja pri živalih, hkrati pa predstavljajo preboj v okviru nevroznanosti iz katere črpajo nevrologija, psihologija, psihiatrija, umetna inteligenca, inženirske in druge vede.«

Članek se nahaja na povezavi

Polno besedilo je na voljo na zahtevo pri avtorjih, dr. in izr. prof. dr. .