Eine Person ohne visuellen Kortex ist in der Lage, Schall und visuellen Reiz zu verbinden • Svetlana Yastrebova • Science News zu den "Elementen" • Neurobiologie

Eine Person ohne visuellen Kortex ist in der Lage, Schall und visuellen Reiz zu verbinden.

Abb. 1. Wege der Übertragung von visuellen Informationen im Gehirn. Th (Thalamus) – Thalamus; V1 (visuell 1) – der primäre visuelle Kortex; SC (Colliculus superior) – einer der beiden oberen Hügel des Vierecks; Pulv (Pulvinar) – Kissen; LGN (lateraler geniculate nucleus) – lateraler Gelenkkörper. Die Abbildung zeigt auch die ventralen und dorsalen Übertragungswege im Cortex; Sie werden in den Nachrichten ausführlicher beschrieben. Das Gehirn sortiert visuelle Bilder anders als bisher angenommen (Elemente), 23.08.2013. Bild von N. Diederich et al., 2014. Sind Parkinson-Kranke blind für Blindsight?

Die Rinde der Großhirnhemisphären (Neokortex) wird benötigt, um Verbindungen zwischen den Informationen herzustellen, die durch die Sinne kommen. Im Neokortex werden Bilder von Objekten hinzugefügt (zum Beispiel ist eine Banane nicht nur gelb, sondern auch glatt), und dank ihm konnte Pavlovs Hund verstehen, dass das Essen nicht von selbst erscheint, sondern erst nach dem Einschalten der Glühbirne. Neue Studien neurologischer Patienten zeigen jedoch, dass assoziatives Lernen ohne Beteiligung des Neokortex möglich ist. So kann eine Person, die den visuellen Kortex verloren hat, eine Assoziation zwischen einem Kreis bestimmter Farbe und Größe und einem Ton einer bestimmten Tonhöhe und Lautstärke herstellen – und das, obwohl er bewusst die Farbe, Größe und Form von Objekten nicht wahrnimmt.

Das Phänomen der Pseudoblindheit oder Blindheit (vglBlindsight), seit mehreren Jahrzehnten bekannt. Und in den letzten Jahren hat der gleichnamige Science-Fiction-Roman von Peter Watts, Spezialist für Meeresbiologie (siehe "Blindsight", "False Blindness") viel zur Förderung der blinden Augen beigetragen, aber die Arbeit des primären visuellen Kortex der großen Hemisphären ist gestört. Daher unterscheiden solche Menschen nicht zwischen den Farben und Formen von Objekten und verstehen auch nicht, ob sich diese Objekte bewegen oder nicht. Dennoch können sich die Blinden selbstständig bewegen, Hindernisse umgehen und das Objekt vor ihnen beschreiben. Und obwohl die Versuchspersonen behaupten, dass sie kein Objekt sehen, sondern nur ihre Eigenschaften erraten, ist der Anteil der richtigen Antworten viel höher als bei einem zufälligen Raten.

Verblindung ist aufgrund der "Parallelverarbeitung" möglich, die das Gehirn an visueller Information von der Netzhaut erzeugt. Wie wir uns erinnern, gibt es in der Netzhaut eine lichtaufnehmende Schicht visueller Rezeptoren – Stäbchen und Zapfen. Die Stäbchen ermöglichen es Ihnen, in der Abenddämmerung zu sehen, aber sie liefern eine geringere Bildgenauigkeit als Kegel. Kegel hingegen funktionieren nur mit ausreichend hellem Licht, erlauben aber Farben und kleinere Details des Bildes zu unterscheiden.Informationen von Stäbchen und Zapfen durchdringen mehrere andere Schichten retinaler Zellen und werden in ihnen leicht verarbeitet, aber für die vorliegende Erzählung ist dies nicht essentiell. Es ist wichtig, dass am Ausgang der Netzhaut (lat Netzhaut) Datenpfade von verschiedenen Stäben und Zapfen divergieren. Die meisten von ihnen enden im so genannten Retinogeniculo-Striatum-Weg, CGS (Abb. 1). Der Löwenanteil der Sehnervenfasern geht an die lateralen Gelenkkörper des Thalamus (LKT oder LGN im Englischen). Im Lateinischen ist das Knie Geniculum, daher die Wurzel "genikulo" im Namen des Weges. Von den lateral gekröpften Körpern gelangen die Signale in die okzipitalen Regionen der Großhirnrinde in den primären visuellen Kortex (V1).

Der primäre visuelle Kortex (oder Feld 17 in der Brodmann-Klassifikation) sieht in Abschnitten unter einem Lichtmikroskop gestreift aus (Fig. 2). Der lateinische Streifen ist Stria, und daher wird der primäre visuelle Kortex oft Striatum genannt (lat striate Kortex). (Der Striatumcortex sollte nicht mit dem Striatum verwechselt werden: Letzteres befindet sich unter der Rinde der großen Hemisphären und spielt eine völlig andere Rolle – es kontrolliert die Bewegung.) Bilder.Weitere Informationen gehen in den sekundären visuellen Kortex (Felder 18 und 19), dessen Neurone komplexere Zeichen "fangen". Schließlich treten die Daten in die parietalen oder temporalen Lappen ein. Dort befinden sich die assoziativen Bereiche des Kortex, in denen sich bereits vollwertige Bilder von Objekten bilden.

Abb. 2 Primäre visuelle (striatale) Kortex auf Schnitte unter einem Lichtmikroskop. Purple Farbstoff gemalt Soma (Körper) von Neuronen. In Schicht 4 ist ein dunklerer Streifen von Gennari (Stria von Gennari) – ein Cluster von Myelin-Axonen – deutlich sichtbar – dank dem der primäre visuelle Kortex seinen zweiten Namen erhielt – striatal (striatal). Bild von Encyclopedia of Neuroscience, Kapitel Striate Cortex-Funktionen

So ist das Schicksal fast aller Informationen, die die Retina uns bringt. Aber es gibt einen alternativen Weg. Es wird als extragenikulär bezeichnet, da es nicht durch die lateralen Gelenkkörper des Thalamus verläuft (Abb. 1). Ein Teil der Sehnervenfasern endet in den oberen Hügeln oder im oberen Dvuhlium (Superior Colliculus, SC), Quadraturen des Mittelhirns – Strukturen, die auch auf die Verarbeitung visueller Informationen spezialisiert sind. Die unteren Hügel des Vierecks sind für die Verarbeitung von Schallreizen verantwortlich.

Die Analyse der Daten von der Netzhaut in den oberen Tuberkeln verläuft schnell, aber unbewusst. Ihre Arbeit ermöglicht es, der drohenden Gefahr zu entkommen, noch bevor der Organismus erkannt hat, dass etwas droht. (Ein lustiges Beispiel für eine Abwehrreaktion durch die oberen Beulen zeigte der ehemalige US-Präsident George W. Bush, als plötzlich ein irakischer Journalist bei einer Pressekonferenz Schuhe anwarf.) Von den oberen, vierdimensionalen Tuberkeln gehen Informationen in die Kissen (gepaarte Thalamuskerne, siehe Pulvinarkerne) und von dort zur Großhirnrinde, aber nicht zur primären, sondern zur sekundären (Abb. 3).

Abb. 3 Diagramm der zwei wichtigsten Arten der Übertragung von visuellen Informationen im Gehirn

Es ist der extragenikuläre Sehweg, der bei einem ungewöhnlichen Patienten, mit dem niederländische und schweizerische Wissenschaftler gearbeitet haben, das Phänomen des blinden Sehens untersucht hat. Ein 56-jähriger Mann verlor seinen Okzipitalcortex in beiden Hemisphären aufgrund von zwei Schlaganfällen, die im Abstand von 6 Wochen auftraten. Dies zeigt sich deutlich in den MRT-Bildern (Abb. 4).

Abb. 4 Das Bild des Gehirns des Tests, erhalten durch Magnetresonanztomographie (Seitenansicht, Rücken und Oberseite). Aus dem Artikel in Diskussion Grenzen in der menschlichen Neurowissenschaft

Da das Subjekt keinen Okzipitalcortex hatte, hatte er keinen primären visuellen Cortex. Dies bedeutet, dass der retinogeniculo-striatale Sehweg ebenfalls gestört war. Ein Sehtest bestätigte dies: Er konnte weder die Form noch die Farbe oder die Größe der Objekte, die ihm gezeigt wurden, oder die Richtung ihrer Bewegung beschreiben. Aber er unterschied irgendwie die Gesichter von Menschen und konnte sich alleine bewegen, ohne die Objekte zu berühren.

Warum also war es notwendig, einen anonymen Patienten zu "testen", wenn das Phänomen der falschen Blindheit keine Neuigkeit mehr ist? Und darum geht es. Nach einigen Tierversuchen (siehe M. Jay, D. Sparks, 1984. Es wurde vorgeschlagen, dass die Bildung von Assoziationen zwischen Ton und visuellen Reizen ohne retinale Stimulation auftreten kann). geniculo-striataler Sehweg. Mit anderen Worten, es ist nicht notwendig, das visuelle Bild eines Objekts bewusst wahrzunehmen, um es einem Tonsignal zuzuordnen. Anscheinend werden Augen- und Ohrreize zuerst nicht in den assoziativen Bereichen des Kortex, sondern im Vierhirn gefunden (siehe M. Meredith, B. Stein, 1986. Visuelle, auditorische und somatische sensorische Integration). . Das heißt, in einigen Fällen kann assoziatives Lernen ohne den Neokortex auskommen, und das sind Nachrichten.

Bis vor kurzem wurden Versuche, blinde Menschen zu lehren, einen visuellen Stimulus mit einem gesunden Stimulus zu verknüpfen, jedoch nur an Tieren durchgeführt, und niemand wusste, wie es einer Person geht. Und dann erschien ein Freiwilliger, der keinen primären visuellen Kortex hat, aber es gibt obere Höcker des Vierecks. Es bleibt nur übrig, in ihm die Assoziation eines spezifischen Tones zu entwickeln, den das Subjekt offenbar hört, mit einem spezifischen Objekt, das er bewußt nicht wahrnehmen kann.

Wir haben das folgendermaßen gemacht (Abb. 5). Das Subjekt wurde 25 cm von dem grauen Bildschirm entfernt platziert, in dessen Mitte ein roter Kreis für eine Sekunde vorhanden war. In derselben Sekunde hörte eine Person den Ton von 500 Hertz über Kopfhörer. Gleichzeitig stieg die Lautstärke gleichmäßig von 35 Dezibel (Hintergrundgeräuschpegel im Raum) auf 80 Dezibel (Lautstärke eines leistungsstarken Staubsaugers) an. Dieses Experiment wurde 270 Mal wiederholt (sie sagen auch, dass "270 Präsentationen ausgegeben wurden"). In 2/3 der Fälle in der Mitte einer Sekunde stieg die Lautstärke des Klangs um 10 Millisekunden steil an (bis zu 80 Dezibel) und kehrte dann bis zu einem scharfen Sprung auf seinen Wert zurück und nahm weiter gleichmäßig zu. Die Aufgabe des Probanden bestand darin, einen starken Anstieg des Volumens vorherzusagen – das heißt, sobald er dachte, den Knopf so schnell wie möglich zu drückendass die Lautstärke im Begriff ist, auf das Maximum zu springen.

Abb. 5 Das Schema des Experiments. In jedem Bildpaar an der Spitze – ändere die Größe des roten Kreises, unten unten – Erhöhen Sie die Lautstärke. Auf der rechten Seite und auf der linken Seite Die Anzahl der Übermittlungen eines Typs ist angegeben. Gepunktete Linie das Erscheinen eines Kreises maximaler Größe, der zeitlich mit einem starken Anstieg der Lautstärke des Schalls auf das Maximum zusammenfiel, wurde notiert. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Grenzen in der menschlichen Neurowissenschaft

Dies zu tun, nur durch auditive Informationen geführt, war unmöglich. Die Spitze hatte die Größe eines roten Kreises auf dem Bildschirm. Es könnte sich während derselben Sekunde entweder erhöhen oder verringern. Der Rückgang trat 2 Mal häufiger auf als der Anstieg. Außerdem wurde im Moment eines starken Lautstärkesprungs der Kreis für 10 Millisekunden zur maximalen Größe und kehrte dann, wie der Klang, zu seinem Wert "vor der Erschütterung" zurück. Daher sollte das Subjekt eine Assoziation haben: sobald der Kreis verkleinert ist, wird das Volumen wahrscheinlich bald stark ansteigen. Die Bildung dieser kausalen Beziehung im Gehirn des Subjekts würde die Geschwindigkeit seiner Reaktion beeinflussen. Das ist passiert.Immer wieder, "sehend" eine Abnahme des Kreises (Hinweis), mit einer ähnlichen Präsentation, drückte die Person nach und nach den Knopf schneller und schneller. Wenn der Patient eine Zunahme des Kreises "sah" (keine Aufforderung), war er nicht in Eile, ein Signal zu geben. In solchen Fällen nahm auch die Reaktionszeit von Präsentation zu Präsentation ab (ich wollte nicht auf den Volumensprung warten), aber nicht so sehr.

Ein weiteres interessantes Merkmal: Blinde Personen nehmen im Prinzip keine violetten Objekte wahr (siehe S. Leh et al., 2006. Fehlen des S-Konus-Inputs in der menschlichen Blindheit nach Hemisphärektomie). Informationen von Kegeln, die Licht mit einer kurzen Wellenlänge (420 nm, die Wellenlänge für Violett) wahrnehmen, kommen nicht in die oberen Hügel des Vierecks. So wurde das oben beschriebene Experiment mit violetten Kreisen wiederholt. In diesem Fall funktionierte der Hinweis nicht: Eine Abnahme des violetten Kreises, die auf einen wahrscheinlichen Volumensprung hindeutete, hatte fast keine Auswirkung auf die Reaktionsgeschwindigkeit der Versuchsperson (Abb. 6). Sie verringerte sich gleichmäßig mit allen Modifikationen des violetten Kreises, da das Subjekt die Figur nicht "auf einer unterbewussten Ebene" wahrnahm.

Abb. 6 Die Grafik zeigt, wie die Reaktionszeit in den Experimenten mit den roten (Experiment 1) und violetten (Experiment 2) Kreisen abnahm.Es ist zu sehen, dass in Experiment 2 die Reaktionszeit bei Präsentation ohne einen Hinweis auf die gleiche Weise wie mit einem Hinweis reduziert wird. Aus dem Artikel in Diskussion Grenzen in der menschlichen Neurowissenschaft

So kann eine Person ohne primären visuellen Kortex Assoziationen zwischen den Lauten und den Eigenschaften sichtbarer Objekte bilden. Es ist jedoch notwendig, dass diese Objekte von den oberen Hügeln des Vierecks wahrgenommen werden, und diese Strukturen haben begrenzte Fähigkeiten (insbesondere erlauben sie keine Analyse von Objekten, die Licht mit kurzen Wellenlängen reflektieren (etwa 420 nm), dh violett). Aber die Hauptsache ist, dass nicht nur einige "visuelle" Fähigkeiten bei Blinden bleiben, sondern auch die Fähigkeit, dank dieser Fähigkeiten neue Dinge zu lernen.

Quelle: Mehrdad Seirafi, Peter De Weerd, Alan J. Pegna und Beatrice de Gelder. Audiovisuelle Blindsight: Audiovisuelles Lernen im primären visuellen Kortex // Grenzen in der menschlichen Neurowissenschaft. 2015. V. 9. P. 686.

Svetlana Yastrebova


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