สิ่งที่นักวิจัยค้นพบคือในขณะที่กลุ่มของเซลล์ประสาท "กระตุ้น" ตอบสนองเมื่อภาพปรากฏขึ้น ดังนั้นจึงเป็นตัวแทนของพวกมันในเยื่อหุ้มสมองที่มองเห็น กิจกรรมระหว่างเซลล์ประสาท "ยับยั้ง" สองประเภทจะรวมกันเป็นวงจรที่จัดไว้อย่างประณีตเบื้องหลังเพื่อบังคับใช้ความน่าเชื่อถือที่จำเป็น นักวิจัยไม่เพียงแต่สามารถมองเห็นและวิเคราะห์รูปแบบการทำงานของเซลล์ประสาทเหล่านี้ได้เท่านั้น แต่เมื่อพวกเขาได้เรียนรู้วิธีการทำงานของวงจรแล้ว พวกเขาก็เข้าควบคุมเซลล์ที่ยับยั้งเพื่อควบคุมโดยตรงว่าเซลล์กระตุ้นอย่างสม่ำเสมอแสดงภาพอย่างไร

Mriganka Sur ศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาของ Newton จาก Department of Brain and Cognitive Sciences ของ MIT และผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาใหม่กล่าวว่า "คำถามเกี่ยวกับความน่าเชื่อถือมีความสำคัญอย่างมากสำหรับการประมวลผลข้อมูลและโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการนำเสนอ - ในการทำให้การมองเห็นถูกต้องและเชื่อถือได้" วารสารประสาทวิทยา. "เซลล์ประสาทชนิดเดียวกันควรจะยิงในลักษณะเดียวกันเมื่อฉันดูบางสิ่งบางอย่าง เพื่อที่ครั้งต่อไปและทุกครั้งที่ฉันมองไปที่สิ่งนั้น เซลล์นั้นจะถูกแสดงอย่างสม่ำเสมอ"

นักวิทยาศาสตร์ด้านการวิจัย Murat Yildirim และอดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Rajeev Rikhye เป็นผู้นำการศึกษา ซึ่งต้องใช้เทคนิคจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น ในการดูเซลล์ประสาทกระตุ้นหลายร้อยเซลล์และเซลล์ประสาทยับยั้ง 2 เซลล์ในที่ทำงาน พวกเขาจำเป็นต้องออกแบบเซลล์เหล่านี้ให้กะพริบเป็นสีที่แตกต่างกันภายใต้แสงเลเซอร์สีต่างๆ ในกล้องจุลทรรศน์สองโฟตอน การควบคุมเซลล์โดยใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า "ออปโตเจเนติกส์" จำเป็นต้องเพิ่มการปรับแต่งทางพันธุกรรมและสีเลเซอร์ให้มากขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น เพื่อให้เข้าใจถึงกิจกรรมของเซลล์ที่พวกเขาสังเกต นักวิจัยได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของวงจรไตรภาคี

Yildirim กล่าวว่า "เป็นเรื่องน่าตื่นเต้นที่สามารถรวมองค์ประกอบทดลองทั้งหมดเหล่านี้ ซึ่งรวมถึงสีเลเซอร์ต่างๆ หลายๆ สี เพื่อให้สามารถตอบคำถามนี้ได้"

ตัวแทนที่เชื่อถือได้

ข้อสังเกตหลักของทีมคือ เมื่อหนูดูหนังเรื่องเดียวกันซ้ำแล้วซ้ำเล่า ความน่าเชื่อถือของการเป็นตัวแทนในเซลล์ที่ถูกกระตุ้นจะแตกต่างกันไปตามระดับกิจกรรมของเซลล์ประสาทที่ยับยั้ง 2 เซลล์ที่แตกต่างกัน เมื่อความน่าเชื่อถือต่ำ กิจกรรมระหว่างเซลล์ประสาทที่ยับยั้งการแสดงออกของ parvalbumin (PV) จะสูงและกิจกรรมในเซลล์ประสาทที่แสดงออกด้วย somatostatin (SST) ต่ำ เมื่อความน่าเชื่อถือสูง กิจกรรม PV ต่ำและกิจกรรม SST สูง พวกเขายังเห็นว่ากิจกรรม SST เป็นไปตามกิจกรรม PV ในเวลาหลังจากที่กิจกรรมกระตุ้นไม่น่าเชื่อถือ

เซลล์ประสาท PV ยับยั้งกิจกรรมกระตุ้นเพื่อควบคุมการเพิ่มขึ้น Sur กล่าว หากไม่เป็นเช่นนั้น เซลล์ประสาทที่ถูกกระตุ้นจะอิ่มตัวท่ามกลางภาพที่เข้ามามากมายและไม่สามารถติดตามได้ แต่เห็นได้ชัดว่าการปราบปรามการเพิ่มขึ้นนี้มีค่าใช้จ่ายในการทำให้การแสดงฉากเดียวกันโดยเซลล์เดียวกันมีความน่าเชื่อถือน้อยลง ในขณะเดียวกันเซลล์ประสาท SST สามารถยับยั้งการทำงานของเซลล์ประสาท PV ในรูปแบบคอมพิวเตอร์ของทีม พวกเขาเป็นตัวแทนของวงจรไตรภาคีและสามารถเห็นได้ว่าการยับยั้งเซลล์ประสาท SST ของเซลล์ประสาท PV เกิดขึ้นเมื่อกิจกรรมกระตุ้นไม่น่าเชื่อถือ

ทีมงานสามารถแสดงไดนามิกนี้โดยตรงด้วยการควบคุมเซลล์ PV และ SST ด้วยออปโตเจเนติกส์ ตัวอย่างเช่น เมื่อพวกเขาเพิ่มกิจกรรม SST พวกเขาสามารถทำให้กิจกรรมของเซลล์ประสาทที่ไม่น่าเชื่อถือน่าเชื่อถือมากขึ้น และเมื่อพวกเขาเพิ่มกิจกรรม PV พวกเขาสามารถทำลายความน่าเชื่อถือได้หากมีอยู่

ที่สำคัญ พวกเขายังเห็นว่าเซลล์ประสาท SST ไม่สามารถบังคับใช้ความน่าเชื่อถือได้หากไม่มีเซลล์ PV อยู่รวมกัน พวกเขาตั้งสมมติฐานว่าจำเป็นต้องมีความร่วมมือนี้เนื่องจากความแตกต่างในวิธีที่เซลล์ SST และ PV ยับยั้งเซลล์กระตุ้น เซลล์ SST จะยับยั้งการทำงานของเซลล์ที่กระตุ้นผ่านการเชื่อมต่อหรือ "ไซแนปส์" เท่านั้นบนเส้นเอ็นหนามที่เรียกว่าเดนไดรต์ซึ่งยื่นออกมาจากร่างกายเซลล์หรือ "โสม" เซลล์ PV ยับยั้งการทำงานของเซลล์กระตุ้นร่างกายนั่นเอง กุญแจสำคัญในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือคือการทำให้ร่างกายมีกิจกรรมมากขึ้น ในการทำเช่นนั้น เซลล์ประสาท SST จึงต้องยับยั้งการยับยั้งโดยเซลล์ PV ในขณะเดียวกัน การยับยั้งกิจกรรมในเดนไดรต์อาจลดเสียงรบกวนที่เข้ามาในเซลล์ที่ถูกกระตุ้นจากไซแนปส์กับเซลล์ประสาทอื่นๆ

"เราแสดงให้เห็นว่าความรับผิดชอบในการปรับความน่าเชื่อถือของการตอบสนองไม่ได้อยู่กับชนิดย่อยของเส้นประสาทเพียงชนิดเดียว" ผู้เขียนเขียนในการศึกษา "แต่เป็นพลวัตของการทำงานร่วมกันระหว่าง SST และ PV [เซลล์ประสาท] ซึ่งมีความสำคัญสำหรับการควบคุมความถูกต้องชั่วคราวของการประมวลผลทางประสาทสัมผัส ฟังก์ชันทางชีวฟิสิกส์ที่เป็นไปได้ของวงจร SSTàPV อาจเป็นการเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของแรงกระตุ้นสูงสุด เซลล์ประสาทโดยการลดสัญญาณรบกวนในอินพุต synaptic และเพิ่มการพุ่งไปที่โสมให้สูงสุด"

Sur ตั้งข้อสังเกตว่ากิจกรรมของเซลล์ประสาท SST ไม่ได้ถูกปรับโดยการป้อนกลับอัตโนมัติจากภายในวงจรนี้ พวกมันอาจถูกควบคุมโดยอินพุต "จากบนลงล่าง" จากส่วนอื่นๆ ของสมอง ตัวอย่างเช่น หากเราตระหนักว่าภาพหรือฉากใดมีความสำคัญ เราก็สามารถมุ่งความสนใจไปที่สิ่งนั้นได้ ที่อาจนำมาใช้โดยการส่งสัญญาณเซลล์ประสาท SST เพื่อบังคับใช้ความน่าเชื่อถือมากขึ้นในการทำงานของเซลล์กระตุ้น

นอกจาก Sur, Yildirim และ Rikhye แล้ว ผู้เขียนคนอื่นๆ ของบทความนี้ ได้แก่ Ming Hu และ Vincent Breton-Provencher

สถาบันตาแห่งชาติ สถาบันการถ่ายภาพชีวการแพทย์และวิศวกรรมชีวภาพแห่งชาติของสถาบันสุขภาพแห่งชาติและมูลนิธิ JPB ให้ทุนสนับสนุนการศึกษาบาคาร่า สมัครบาคาร่า