Hersencellen kunnen buiten het kader kijken

Een nieuwe studie van het Nederlands Herseninstituut laat zien dat individuele hersencellen die geen betekenisvolle visuele informatie ontvangen, toch op de hoogte zijn van de context van de afbeelding, door communicatie met andere cellen.

De efficiëntie van ons zicht heeft zich verbluffend goed ontwikkeld tijdens de evolutie. Het gemak waarmee we onze omgeving waarnemen, verhult hoe ingewikkeld ons brein eigenlijk in elkaar zit. Wanneer we visuele informatie verwerken, dan kijken alle cellen in de visuele hersenschors maar naar een kleine uitsnede van het totaalbeeld. Je krijgt als het ware een palet van allemaal cellen die zich in eerste instantie bezig lijken te houden met kleine fragmentjes. Er is niet één cel waar deze informatie samenkomt.

De visuele input wordt via het netvlies naar de thalamus (het schakelstation voor impulsen uit de zintuigen) gestuurd, waarna het vervolgens weer doorgestuurd wordt naar de visuele hersenschors. Wat de neuronen in dit gebiedje nou precies zien, wordt door deze zogeheten ‘feed forward connecties’, ofwel directe visuele input, gereguleerd. Daarnaast ontvangen de neuronen ook zogeheten ‘feedback connecties’ die meer informatie geven over de context van het beeld. Maar wat gebeurt er nou precies en hoe werkt dit?

Figuur visueel systeem: Scherm toont verschillende afbeeldingen die deels afgeschermd zijn door een zwart kader. Het netvlies ontvangt visuele input en stuurt deze informatie naar de thalamus, het schakelcentrum voor impulsen uit de zintuigen. Deze informatie wordt vervolgens doorgestuurd naar de visuele hersenschors via feedforward connecties. Elke cel focust op zijn ‘receptieve veld’ wat een klein stukje van het totaalbeeld is. Vanwege het kader is de informatie voor een deel van de cellen geblokkeerd. Toch lijkt het erop dat deze cellen zich nog steeds bewust zijn van de context van de afbeelding, door feedback uit hogere hersengebieden.

Afgedekte landschappen

Eerdere studies hebben geprobeerd om dit te onderzoeken in mensen door afbeeldingen van landschappen te laten zien, die gedeeltelijk geblokkeerd waren door een zwart kader. Hoewel voor een deel van de cellen in de visuele hersenschors de informatie afgedekt is, lijkt het erop dat ze via andere routes toch doorhebben wat zich afspeelt in de afbeelding en wat de context is. Het lijkt dus wel alsof ze dit via andere cellen te horen krijgen. Om hier meer inzicht in te krijgen is het nodig om onderzoek te verrichten op celniveau. Bij mensen is het echter lastig om naar individuele cellen in het levende brein te kijken.

Om deze reden hebben Paolo Papale, Feng Wang en hun collega’s onder leiding van Pieter Roelfsema vergelijkbare experimenten uitgevoerd in apen. Paole Papale: ‘In ons onderzoek hebben we een scherm met verschillende afbeeldingen laten zien aan makaak-apen. Sommige van die afbeeldingen waren normale scènes (bijvoorbeeld een foto van een strand) en sommige hadden een zwart kader om een deel van de afbeelding af te dekken. Vervolgens hebben we de activiteit van 175 neuronen in de primaire visuele hersenschors gemeten. Deze cellen zijn verantwoordelijk voor een klein deel van het gezichtsveld. Door een blok voor de afbeelding te plaatsen zouden sommige cellen in theorie niet weten wat er in de afbeelding te zien is, maar opmerkelijk genoeg bleken ze dit wel te weten. Onze resultaten suggereren dat deze neuronen beïnvloed werden door feedback afkomstig uit hogere visuele hersengebieden, waar zich neuronen bevinden die informatie verwerken over de niet-afgesloten delen van de afbeelding.’

‘We willen in de toekomst verder onderzoeken wat voor informatie deze feedback routes dan precies verwerken. In het geval van een plaatje van het bos, sturen ze dan bijvoorbeeld informatie over hoeveel bomen er zijn? Wat geven ze door en wat niet? Met deze resultaten laten we zien dat deze individuele cellen in de visuele hersenschors niet alleen als pixels werken, maar ook reageren op de context. Dit bewijst dat wat we zien niet objectief is. Het werkt dus niet als een camera met pixels, maar de context is belangrijk. Dat kan mogelijk ook verklaren waarom verschillende mensen een andere perceptie hebben, ook al kijken ze naar hetzelfde.’

Bron: Current Biology

Bekijk hier ook de video abstract