Celulele senzoriale care își schimbă forma ar putea ajuta insectele să proceseze informațiile vizuale cu mai puțină întârziere
Cine a încercat vreodată să prindă o muscă și a eșuat a simțit pe propria piele viteza unui sistem nervos minuscul. Un nou studiu de sinteză adună dovezi că secretul constă parțial în mișcări microscopice și schimbări de formă din interiorul celulelor senzoriale și al neuronilor, ceea ce contestă viziunea convențională asupra modului în care creierul procesează informația.
Adesea modelate ca circuite fixe care transmit semnale electrice, sistemele nervoase depind și de mișcarea fizică. Mișcările întregului corp și modificările minuscule din interiorul celulelor individuale lucrează împreună pentru a ascuți percepția și a reduce întârzierile de procesare.
Condusă de profesorul Mikko Juusola, echipa internațională de cercetători propune un cadru nou pentru înțelegerea modului în care aceste mișcări funcționează în tandem pentru a susține percepția ultrafastă. Lucrarea este publicată în revista Physics of Life Reviews.
Mișcarea contestă modelele statice
Multe modele standard tratează celulele senzoriale și circuitele neuronale ca sisteme fizic statice. Totuși, animalele se mișcă activ pentru a aduna informații, iar structurile care prelevează și procesează aceste informații se mișcă și își schimbă forma.
Bazându-se pe experimente vizuale și pe modele de calcul biologic din studii anterioare, lucrarea de sinteză susține că mișcarea fizică la multiple scări modelează dinamic informația senzorială.
Cercetările privind vederea la insecte arată că mișcările microscopice din interiorul celulelor senzoriale le ajută să preleveze informația vizuală mai eficient, susținând o percepție rapidă și precisă.
Juusola a declarat: „Cheia este acțiunea combinată a mișcării la diferite scări. Animalele se mișcă activ pentru a-și simți mediul, în timp ce structurile microscopice din interiorul celulelor lor senzoriale și al neuronilor se mișcă și își schimbă forma.
Aceste procese lucrează împreună pentru a absorbi mai multe informații cu o întârziere minimă. Susținem că ele trebuie să fi evoluat împreună. Această coordonare ar putea fi ceea ce permite simțirii, comportamentului și gândirii să rămână sincronizate în timp ce animalul interacționează cu lumea.”
Lucrarea propune că mișcarea corpului și schimbările de formă celulară au evoluat împreună, ajutând sistemele nervoase să depășească limitele de procesare. Aceasta creează o buclă continuă în care mișcarea modelează informația primită, ajustările celulare o rafinează, iar activitatea cerebrală ghidează următoarea acțiune.
De la semnale rapide la informație cu semnificație
Profesorul Aurel Lazar, de la Universitatea Columbia și coautor al lucrării, evidențiază modul în care semnalele senzoriale dobândesc semnificație pe măsură ce sunt procesate prin rețelele cerebrale.
Lucrarea susține că informația semantică — ceea ce reprezintă semnalele în raport cu mediul, amintirile și obiectivele unui animal — joacă un rol tot mai important în codificarea neuronală.
„Simțirea rapidă este doar o parte a poveștii. Rețelele cerebrale trebuie să identifice și ce reprezintă semnalele senzoriale: ce miros este prezent, ce obiect se apropie și ce înseamnă acest lucru pentru următoarea acțiune a animalului. Pe măsură ce informația trece prin aceste rețele, ea este tot mai organizată în jurul obiectelor, evenimentelor și semnificației lor pentru comportament.”
Aplicarea acestor principii biologice ar putea oferi în cele din urmă noi direcții pentru protezele vizuale și îngrijirea sănătății, inspirând totodată inteligența artificială eficientă energetic și sistemele de viziune robotică, precum automobilele autonome care se adaptează fără probleme la o lume în mișcare.
