Para ilmuwan memecahkan masalah pemisahan sumber gerak otak
Neuron individu membedakan antara gerakan internal dan eksternal.
Ahli saraf telah mengidentifikasi bagaimana otak membedakan antara gerakan visual di lingkungan eksternal dan gerakan yang disebabkan oleh gerakan pengamat sendiri. Tantangan ini, yang dikenal sebagai “Masalah Pemisahan Sumber Gerakan,” telah lama membingungkan para peneliti. Sekarang, untuk pertama kalinya, para ilmuwan telah menemukan mekanisme yang tepat di balik perbedaan ini.
Sebuah studi yang diterbitkan di Sel Detail bagaimana para peneliti di Sainsbury Wellcome Center (SWC) di UCL mengembangkan pendekatan eksperimental yang inovatif untuk mengisolasi komponen kunci penggerak. Temuan mereka mengungkapkan bahwa sel individu dalam korteks visual primer tikus mengintegrasikan sinyal motor dan vestibular untuk menentukan apakah aliran visual retina dihasilkan dari gerakan eksternal atau gerakan hewan sendiri.
“Setiap hari kita menerima begitu saja bahwa kita tahu apakah kita bergerak atau ada yang bergerak di sekitar kita.
The Translocator: A Novel Experimental Setup
Bersama dengan insinyur di Fablab di SWC, tim mengembangkan sistem baru yang unik yang disebut The Translocator. Pengaturan eksperimental ini terdiri dari treadmill pasif yang dapat dipilih tikus, sambil menonton layar menampilkan koridor bergerak virtual. Seluruh peralatan treadmill juga secara fisik bergerak maju di sepanjang rel, disinkronkan dengan kecepatan di mana mouse memilih untuk berlari.
Kami membangun prinsip-prinsip pengaturan realitas virtual, di mana seekor hewan berlari di atas treadmill sambil ditunjukkan aliran visual yang digabungkan dengan gerakannya. di atas kertas.
https://www.youtube.com/watch?v=p9sha0pagw4
Translocator terdiri dari treadmill pasif yang dapat dipilih tikus, sambil menonton layar menampilkan koridor bergerak virtual. Seluruh peralatan treadmill juga secara fisik bergerak maju di sepanjang rel, disinkronkan dengan kecepatan di mana mouse memilih untuk berlari. Kredit: Sainsbury Wellcome Center
Pengaturan eksperimental ini memungkinkan tim untuk mengisolasi elemen dasar penggerak. Sebagai contoh, para peneliti merekam profil kecepatan mouse yang secara aktif berjalan lebih dari 1,2 meter. Mereka kemudian menempatkan hewan itu kembali pada awalnya dan memutar ulang kecepatan yang sama sambil menghalangi treadmill, sehingga tikus dipindahkan secara pasif daripada bergerak secara aktif. Ini memungkinkan tim untuk mendapatkan sinyal vestibular murni yang identik dengan sinyal berlari dan vestibular gabungan.
Para ilmuwan juga memperoleh sinyal motor murni dengan membiarkan mouse berjalan di treadmill sambil menjaga alat diam secara keseluruhan, sehingga tikus tidak diterjemahkan.
“Pengaturan translocator memungkinkan kami untuk mendapatkan sinyal motor murni, sinyal vestibular murni, dan motor gabungan dan sinyal vestibular.
Respons saraf di korteks visual
Menggunakan probe neuropixels, elektroda canggih untuk perekaman saraf simultan, para peneliti yang direkam dari korteks visual primer dan mengamati bahwa sekitar 50% sel dan khususnya yang ada di lapisan dalam 5/6 merespons aliran visual, berjalan, dan terjemahan.
Kami ingin tahu apakah konvergensi input ini adalah aturan umum di korteks, dan jadi kami juga mencatat dari daerah lain, termasuk korteks somatosensorik dan korteks retrosplenial, dalam kegelapan, kami menemukan bahwa motorik dan sinyal vestibular di banyak tempat di otak, sehingga merupakan properti dasar.
Sebelumnya dianggap bahwa representasi sensorik harus dikirim ke bagian lain otak untuk diintegrasikan dengan isyarat internal yang digunakan untuk navigasi. Sebaliknya, para peneliti di SWC menemukan bahwa area sensorik primer di korteks memiliki akses langsung ke status gerak internal hewan.
Anehnya, tim juga menemukan bahwa aktivitas yang direkam dari neuron di korteks visual primer sangat mirip untuk skenario alami dan tidak alami. Jumlah aktivitas saraf yang sama diamati ketika hewan berlari dan ditranslokasi, seperti ketika tikus berjalan tetapi tidak diterjemahkan ke depan. Ini membuat para peneliti mengusulkan bahwa menjalankan harus menekan input terjemahan. Mereka menguji teori ini menggunakan model matematika yang dikembangkan bekerja sama dengan Profesor Claudia Clopath, yang mereka temukan untuk mendukung fenomena ini. Model ini juga meramalkan bahwa jika kecepatan berjalan tidak koheren dengan kecepatan kepala yang sebenarnya, maka kesalahan akan ditandai oleh jalur vestibular. Prediksi ini kemudian diverifikasi dengan percobaan tambahan.
Pekerjaan ini menunjukkan bahwa banyak area kortikal termasuk area sensorik primer terus diperbarui dan menerima umpan balik dari modalitas lain. Dalam kasus sistem vestibular, digunakan untuk menghasilkan kerangka referensi internal online untuk memberikan konteks mengenai status gerak pengamat.
Referensi: “Sinyal motor dan vestibular dalam korteks visual memungkinkan pemisahan gerakan visual yang dihasilkan secara eksternal” oleh Mateo Vélez-Fort, Lee Cossell, Laura Porta, Claudia Clopath dan Troy W. Margrie, 19 Februari 2025, Sel.
Doi: 10.1016/j.cell.2025.01.032
Penelitian ini didanai oleh Hibah Inti Pusat Wellcome Sainsbury dari Gatsby Charity Foundation (GAT3361) dan Wellcome (219627/z/19/z) dan Hibah Penemuan Wellcome Trust (214333/z/18/z).
