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Como os neurônios da retina codificam o que vemos?

No momento em que abrimos os nossos olhos, nós percebemos o mundo com aparente facilidade. Mas a questão de como os neurônios na retina codificar o que “ver ” tem sido um assunto delicado. Um obstáculo chave para entender como funciona o nosso cérebro é que seus componentes – os neurônios – respondem em maneiras altamente não-linear para estímulos complexos, fazendo com que as relações de estímulo-resposta extremamente difícil de discernir. Agora, uma equipe de físicos do Instituto Salk para Estudos Biológicos desenvolveu um quadro geral matemática que faz uso otimizado das medições limitada, trazendo-lhes um passo mais perto de decifrar o “linguagem do cérebro. ” A abordagem, descrita no atual problema da Biblioteca Pública de Ciência, Biologia Computacional, revela pela primeira vez, essas informações apenas sobre os pares de padrões de estímulo temporal é transmitido ao cérebro. “Ficamos surpresos ao descobrir que as combinações de estímulos de ordem superior não foram codificados, porque eles são tão comuns em nosso ambiente natural,” diz o estudo s ‘líder Tatyana sharpee, Ph.D., professor assistente na Computacional Laboratório de Neurobiologia e titular da Cadeira de Desenvolvimento McLorraine Helen em Neurobiologia. “Os seres humanos são muito sensíveis a mudanças na ordem superior combinações de padrões espaciais. Achamos não ser o caso de padrões temporais. Isto destaca uma diferença fundamental nos aspectos espaciais e temporais de codificação visual. ” O rosto humano é um exemplo perfeito de uma combinação de ordem superior de padrões espaciais. Todos os componentes – olhos, nariz, boca – tem muito específicas relações espaciais entre si, e nem Picasso, em seu período cubista, poderia jogar as regras completamente fora do barco. Nossos olhos ter o ambiente visual e transmitir informações sobre os componentes individuais, tais como cor, posição, forma, movimento e brilho para o cérebro. neurônios individuais na retina ficar animado por certas características e responder com um sinal elétrico, ou espiga, que é repassado para os centros visuais do cérebro, onde as informações enviadas pelos neurônios com diferentes preferências é montado e processado. Para simples eventos sensoriais – como acender uma luz, por exemplo – o brilho se correlaciona bem com a probabilidade de aumento em uma cela de luminescência sensível da retina. “No entanto, durante a última década ou assim, tornou-se aparente que os neurônios realmente codificam as informações sobre várias características ao mesmo tempo,” diz a estudante de pós-graduação e primeiro autor Jeffrey D. Fitzgerald. “Até este ponto, a maioria do trabalho tem sido focado na identificação das características da célula responde,” ele diz. “A questão de que tipo de informações sobre esses recursos, a célula é a codificação ter sido ignorado. As medições diretas das relações de estímulo-resposta, muitas vezes gerados formas estranhas, e as pessoas didn ‘t tem uma base matemática para analisá-lo. ” Para superar essas limitações, Fitzgerald e seus colegas desenvolveram um modelo denominado mínimo das relações não-lineares de sistemas de processamento de informação através da maximização de uma quantidade que é conhecido como a entropia do ruído. O último descreve a incerteza sobre um neurônio ‘s probabilidade de pico em resposta a um estímulo. Quando Fitzgerald aplicado essa abordagem para gravações de neurônios visuais sondada com cintilação filmes, que co-autora Lawrence Sincich e Jonathan Horton, da Universidade da Califórnia, San Francisco, tinha feito, ele descobriu que, em média, as correlações de primeira ordem, responsável por 78 por cento da informação codificada, enquanto as correlações de segunda ordem, representavam mais de 92 por cento. Assim, o cérebro recebeu muito pouca informação sobre correlações que foram superiores aos de segunda ordem. “Os sistemas biológicos em todas as escalas, desde as moléculas aos ecossistemas, podem ser considerados processadores de informações que detectam eventos importantes em seu ambiente e transformá-los em informações úteis, “, diz sharpee. “Esperamos, portanto, que esta forma de ” foco ‘os dados, identificando maximamente informativa, relações críticas de estímulo-resposta será útil em outras áreas da biologia de sistemas. “O trabalho foi financiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde , o Programa Acadêmico Searle, A Sociedade Alfred P. Sloan, o WM Keck Prêmio de Excelência da Investigação e da Thomas Ray Edwards Prémio Carreira de Desenvolvimento em Ciências Biomédicas.

Fonte:

http://goo.gl/B5V6U

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