«Известно, что внутренние состояния влияют на сенсорное восприятие и обработку информации, но обычно считалось, что это происходит в коре или таламусе», — говорит соавтор исследования Чинфей Чен. — «Одно из наших предыдущих исследований показало, что возбуждение подавляет определенные каналы визуальной информации как раз в том месте, где аксоны, идущие от клеток сетчатки мыши, входят в таламус. Это происходит еще до того, как мозг начинает обрабатывать информацию. Такая форма "фильтрации" предполагает очень эффективный способ обработки только релевантной информации».
Нейромедиатор серотонин регулирует остроту зрения
Нейробиологи из Бостонской детской больницы и Пекинского университета исследовали влияние серотонина, нейромедиатора, который регулирует сон, настроение, сексуальное желание на обработку визуальной информации. Ученые показали, нейроны, генерирующие серотонин в стволе мозга, регулируют передачу зрительной информации от глаз к таламусу.
На изображении показана экспрессия рецептора серотонина на окончаниях аксонов сетчатки в таламусе. Аксоны сетчатки показаны зеленым цветом, пресинаптические окончания показаны синим, а рецепторы серотонина — пурпурным. Reggiani et al
Страх, возбуждение, голод влияют на то, как визуальная информация обрабатывается и регистрируется мозгом
Внутренние состояния, включая страх, голод, возбуждение регулируются системами в стволе мозга и других областях ниже коры, включая систему, производящую серотонин. По сути, эта система регулирует физиологические состояния с помощью серотонина.
Эксперимент на трансгенных мышах
В новой работе ученые исследовали влияние серотонина на передачу визуальной информации от сетчатки к таламусу. Они использовали метод, известный как двухфотонная кальциевая визуализация. С его помощью ученые в мозге бодрствующих мышей отслеживали активность отдельных аксонов, идущих от нейронов сетчатки. Мыши реагировали на картинку на мониторе, ученые — анализировали их реакцию.
Во время эксперимента исследователи увеличили выделение серотонина в таламусе мыши путем оптогенетической стимуляции производящих серотонин нейронов. При оптогенетической стимуляции у трансгенных мышей можно усиливать или снижать активность генно-модифицированных нейронов с помощью света.
Эксперименты показали, что серотонин может подавлять визуальные сигналы в аксонах сетчатки и высвобождение глутамата в таламусе. Это в конечном итоге перекрывает часть зрительных каналов от глаза к таламусу.
Как серотонин влияет на зрение
Ученые обнаружили, что сильнее всего серотонин подавляет зрительную информацию об изменении уровня освещенности. Напротив, — нейроны, отвечающие за обработку мелких деталей, работают нормально.
Исследователи сравнили эффект, наблюдаемый в их экспериментах, с естественной модуляцией, возникающей при сильном возбуждении животных или людей. Оказалось, что при сильном возбуждении без выделения серотонина теряется информация о мелких деталях, а уровень освещенности обрабатывается нормально.
Результаты исследования подтверждают, что изменение внутреннего состояния влияет на обработку отдельных типов зрительной информации. Например, когда мы испытываем голод, мир становится более подробным и детальным, а вот уровень освещенности перестает играть важную роль. Случай такого обострившегося от голода зрения описан в рассказе Антона Чехова «Устрицы".