Πώς οργανώνεται το Visual Cortex;

Όλες οι οπτικές πληροφορίες που λαμβάνει ο ανθρώπινος νους επεξεργάζονται από ένα μέρος του εγκεφάλου γνωστό ως οπτικός φλοιός. Ο οπτικός φλοιός είναι μέρος του εξωτερικού στρώματος του εγκεφάλου, του φλοιού, και βρίσκεται στο ραχιαίο πόλο του ινιακού λοβού. πιο απλά, στο κάτω πίσω μέρος του εγκεφάλου. Ο οπτικός φλοιός λαμβάνει τις πληροφορίες του μέσω προβολών που εκτείνονται μέχρι τον εγκέφαλο από τους βολβούς των ματιών. Οι προβολές περνούν πρώτα από ένα ενδιάμεσο σημείο στο κέντρο του εγκεφάλου, ένα κομμάτι που μοιάζει με αμύγδαλο γνωστό ως Lateral Geniculate Nucleus, ή LGN. Από εκεί προβάλλονται στον οπτικό φλοιό για επεξεργασία.

Ο οπτικός φλοιός χωρίζεται σε πέντε περιοχές, με την ένδειξη V1, V2, V3, V4 και MT, ο οποίος κατά καιρούς αναφέρεται ως V5. Το V1, που μερικές φορές ονομάζεται ραβδωτός φλοιός λόγω της εμφάνισης του ραβδωτού όταν βαφτεί και τοποθετείται κάτω από ένα μικροσκόπιο, είναι μακράν το μεγαλύτερο και σημαντικότερο. Μερικές φορές ονομάζεται πρωτογενής οπτικός φλοιός ή περιοχή 17. Οι άλλες οπτικές περιοχές αναφέρονται ως εξωστρωματικός φλοιός. Το V1 είναι μια από τις πιο εκτενώς μελετημένες και κατανοητές περιοχές του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Το V1 είναι ένα στρώμα εγκεφάλου πάχους περίπου 0.07 ιντσών (2 mm) με περίπου την περιοχή μιας κάρτας ευρετηρίου. Επειδή είναι στριμωγμένος, ο όγκος του είναι μόνο μερικά κυβικά εκατοστά. Οι νευρώνες στο V1 είναι οργανωμένοι τόσο σε τοπικό όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο, με οριζόντια και κάθετα σχήματα οργάνωσης. Οι σχετικές μεταβλητές που πρέπει να αφαιρεθούν από τα ακατέργαστα αισθητήρια δεδομένα περιλαμβάνουν το χρώμα, το σχήμα, το μέγεθος, την κίνηση, τον προσανατολισμό και άλλες που είναι πιο λεπτές. Η παράλληλη φύση του υπολογισμού στον ανθρώπινο εγκέφαλο σημαίνει ότι υπάρχουν ορισμένα κύτταρα που ενεργοποιούνται από την παρουσία του χρώματος Α, άλλα ενεργοποιούνται από το χρώμα Β, και ούτω καθεξής.

Το πιο προφανές οργανωτικό πρωτόκολλο στο V1 είναι αυτό των οριζόντιων επιπέδων. Υπάρχουν έξι κύρια στρώματα, επισημασμένα με ρωμαϊκούς αριθμούς ως I έως VI. Είμαι το εξωτερικό στρώμα, πιο μακριά από τους βολβούς των ματιών και το LGN, λαμβάνοντας κατά συνέπεια τον μικρότερο αριθμό άμεσων προβολών που περιέχουν οπτικά δεδομένα. Οι παχύτερες δέσμες νεύρων από το LGN προβάλλονται σε στρώματα V και VI, τα οποία περιέχουν τα ίδια νεύρα που εκτοξεύονται πίσω στο LGN, σχηματίζοντας έναν βρόχο ανάδρασης. Η ανατροφοδότηση μεταξύ του αποστολέα οπτικών δεδομένων (LGN) και του επεξεργαστή του (V1) είναι χρήσιμη για τη διευκρίνιση της φύσης των διφορούμενων δεδομένων αίσθησης.

Τα ωμά αισθητήρια δεδομένα προέρχονται από τα μάτια ως ένα σύνολο νευρικών πυροβολισμών που ονομάζεται αμφιβληστροειδικός χάρτης. Η πρώτη σειρά νευρώνων έχει σχεδιαστεί για να πραγματοποιεί σχετικά στοιχειώδεις αναλύσεις αισθητηριακών δεδομένων – μια συλλογή νευρώνων σχεδιασμένων για την ανίχνευση κάθετων γραμμών μπορεί να ενεργοποιηθεί όταν ένα κρίσιμο όριο οπτικών «εικονοστοιχείων» αποδειχθεί ότι έχει διαμορφωθεί σε κάθετο μοτίβο. Οι επεξεργαστές υψηλότερου επιπέδου λαμβάνουν τις “αποφάσεις” τους με βάση προεπεξεργασμένα δεδομένα από άλλους νευρώνες. Για παράδειγμα, μια συλλογή νευρώνων που έχουν σχεδιαστεί για να ανιχνεύουν την ταχύτητα ενός αντικειμένου μπορεί να εξαρτάται από πληροφορίες από νευρώνες που έχουν σχεδιαστεί για να ανιχνεύουν αντικείμενα ως ξεχωριστές οντότητες από το υπόβαθρό τους.

Ένα άλλο οργανωτικό σχήμα είναι η κάθετη, ή στήλη, νευρωνική αρχιτεκτονική. Μια στήλη εκτείνεται σε όλα τα οριζόντια στρώματα και συνήθως αποτελείται από νευρώνες που έχουν λειτουργικές ομοιότητες, («νευρώνες που πυροδοτούνται μαζί, συνδέονται μεταξύ τους») και κοινά σημεία στις προκαταλήψεις τους. Για παράδειγμα, μια στήλη μπορεί να δέχεται πληροφορίες αποκλειστικά από το δεξί βολβό του ματιού, η άλλη από το αριστερό. Οι στήλες έχουν συνήθως υποστύλες, οι οποίες ονομάζονται μακρο στήλες και μικρο στήλες, αντίστοιχα. Οι μικρο στήλες μπορεί να είναι τόσο μικρές ώστε να περιέχουν μόνο εκατό μεμονωμένους νευρώνες.

Η μελέτη των λεπτομερειών της επεξεργασίας πληροφοριών στον ανθρώπινο εγκέφαλο είναι δύσκολη λόγω του πολύπλοκου, ad hoc και φαινομενικά ακατάστατου τρόπου με τον οποίο εξελίχθηκαν οι εγκέφαλοι των πρωτευόντων, καθώς και της πολύπλοκης φύσης που κάθε εγκέφαλος είναι βέβαιο ότι θα επιδείξει λόγω του τεράστιου έργου του. Ο εκλεκτικός τραυματισμός του οπτικού φλοιού σε ζώα είναι ιστορικά ένας από τους πιο παραγωγικούς (και αμφιλεγόμενους) τρόπους διερεύνησης της νευρικής λειτουργίας, αλλά τον τελευταίο καιρό οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει εργαλεία για επιλεκτική απενεργοποίηση ή ενεργοποίηση συγκεκριμένων περιοχών του εγκεφάλου χωρίς να τους βλάπτουν. Η ανάλυση των συσκευών σάρωσης εγκεφάλου αυξάνεται εκθετικά και οι αλγόριθμοι αυξάνονται στην πολυπλοκότητα για τον χειρισμό της πλημμύρας των χαρακτηριστικών των γνωστικών επιστημών. Δεν είναι απίθανο να προτείνουμε ότι μια μέρα θα μπορέσουμε να κατανοήσουμε τον οπτικό φλοιό στο σύνολό του.