چرا تجربه‌های بینایی مبهم در نوزادی، مسیر پردازش بصری مغز را شکل می‌دهد؟

تحقیقات جدید از دانشگاه MIT نشان می‌دهد که دید مبهم و کم‌رنگ در اوایل زندگی چگونه می‌تواند مسیرهای بینایی مغز را به سیستم‌های تخصصی تبدیل کند. دانشمندان با استفاده از مدل‌های محاسباتی که ابتدا با تصاویر کم‌کیفیت و سپس با تصاویر باکیفیت آموزش دیده‌اند، نشان دادند که این روند تکاملی منجر به پردازش متمایز شبیه به سیستم‌های ماگنوسلولار و پارووسلولار می‌شود.

یافته‌های کلیدی پژوهش

• قرار گرفتن در معرض تصاویر مبهم و سیاه‌وسفید در اوایل زندگی، مسیرهای بینایی تخصصی را تقویت می‌کند.
• مدل‌های محاسباتی که بینایی نوزادان را تقلید می‌کنند، واحدهای شبیه به ماگنوسلولار و پارووسلولار توسعه دادند.
• مدل‌های آموزش‌دیده با ورودی بیومیمتیک، استراتژی‌های تشخیص اشیاء شبیه‌تر به انسان را نشان دادند.

دو مسیر پردازش بینایی در مغز

اطلاعات ورودی از شبکیه به دو مسیر در سیستم بینایی مغز هدایت می‌شود:

1. مسیر مسئول پردازش رنگ و جزئیات فضایی دقیق
2. مسیر درگیر در مکانیابی فضایی و تشخیص فرکانس‌های زمانی بالا

پژوهش جدید MIT توضیح می‌دهد که چگونه این دو مسیر ممکن است تحت تأثیر عوامل رشدی شکل بگیرند.

بینایی نوزادان و تأثیر آن بر تکامل مغز

نوزادان معمولاً از دید واضح و رنگی ضعیفی برخوردارند زیرا سلول‌های مخروطی شبکیه آن‌ها در بدو تولد به‌خوبی رشد نکرده‌اند. این بدان معناست که در اوایل زندگی، آن‌ها تصاویر مبهم و کم‌رنگ می‌بینند.

تیم MIT پیشنهاد می‌کند که چنین دید مبهم و محدود از نظر رنگ ممکن است باعث شود برخی سلول‌های مغزی به فرکانس‌های فضایی پایین و تنظیم رنگ کم تخصص پیدا کنند که با سیستم موسوم به ماگنوسلولار مطابقت دارد. بعدها، با بهبود بینایی، سلول‌ها ممکن است به جزئیات دقیق‌تر و رنگ غنی‌تر تنظیم شوند که با مسیر دیگر، معروف به سیستم پارووسلولار سازگار است.

آزمایش با مدل‌های محاسباتی

برای آزمایش این فرضیه، محققان مدل‌های محاسباتی بینایی را روی دنباله‌ای از ورودی‌ها آموزش دادند که مشابه چیزی است که نوزادان انسان در اوایل زندگی دریافت می‌کنند – تصاویر کم‌کیفیت در ابتدا و به دنبال آن تصاویر تمام‌رنگ و واضح‌تر در مراحل بعدی.

آن‌ها دریافتند که این مدل‌ها واحدهای پردازشی با زمینه‌های گیرنده توسعه دادند که شباهتی به تقسیم‌بندی مسیرهای ماگنوسلولار و پارووسلولار در سیستم بینایی انسان دارد. مدل‌های بینایی که فقط با تصاویر باکیفیت بالا آموزش دیده‌اند، چنین ویژگی‌های متمایزی را توسعه ندادند.

نظرات پژوهشگران

پاوان سینها، استاد علوم مغز و شناختی در MIT و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: «یافته‌ها به طور بالقوه توضیحی مکانیکی برای ظهور تمایز پاروو/ماگنو ارائه می‌دهد که یکی از اصول کلیدی سازمان‌دهی مسیر بینایی در مغز پستانداران است.»

مارین فوگلزانگ و لوکاس فوگلزانگ، پژوهشگران فوق‌دکترای MIT، نویسندگان اصلی این مطالعه هستند که امروز در مجله Communications Biology منتشر شده است. سیدنی دایموند، همکار پژوهشی MIT، و گوردون پیپا، استاد نوروانفورماتیک در دانشگاه اوسنابروک، نیز از نویسندگان این مقاله هستند.

پروژه پراکاش و بینایی بازگشتی

این ایده که ورودی بینایی کم‌کیفیت ممکن است برای رشد مفید باشد، از مطالعات روی کودکانی نشأت گرفته است که نابینا به دنیا آمده‌اند اما بعداً بینایی خود را به دست آورده‌اند. تلاشی از آزمایشگاه سینها به نام پروژه پراکاش، هزاران کودک در هند را که اشکال برگشت‌پذیر از دست دادن بینایی مانند آب مروارید نسبتاً شایع است، غربالگری و درمان کرده است.

پس از بازگشت بینایی، بسیاری از این کودکان داوطلب شرکت در مطالعاتی می‌شوند که در آن سینها و همکارانش رشد بینایی آن‌ها را پیگیری می‌کنند.

اهمیت محدودیت‌های حسی اولیه

یافته‌ها نشان می‌دهد که محدودیت‌های حسی اولیه ممکن است توانایی مغز را برای پردازش شکل، حرکت و جزئیات در مراحل بعدی تقویت کند. این مطالعه بینشی در مورد چگونگی تعامل تجربه بصری با سازماندهی مغز در طول رشد ارائه می‌دهد.

منبع