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.
"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".
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".