Стабилизация изображения у позвоночных зависит от контраста объектов

Контраст влияет на оптокинетический рефлекс, который позволяет нам четко воспринимать пейзаж из движущегося поезда. Исследователи из LMU показали, что визуальные особенности, модулирующие эту способность, кодируются в сетчатке.

Когда мы смотрим в окно движущегося поезда, наши глазные мышцы постоянно работают, стабилизируя взгляд, чтобы удерживать проплывающий пейзаж в фокусе. Этот так называемый оптокинетический рефлекс позволяет оценить относительную скорость движущейся сцены и помогает стабилизировать быстро меняющиеся изображения на сетчатке. Исследователи под руководством нейробиолога LMU профессора Ханса Страки экспериментально показали, что визуальные особенности изображения окружающей среды играют важную роль в анализе и оценке относительного движения. В частности, они обнаружили, что уровни контраста определяют эффективность восприятия проплывающей картины движущимся наблюдателем. Результаты исследования опубликованы в Journal of Experimental Biology.

Все позвоночные демонстрируют оптокинетические рефлексы, которые отвечают за тонкую настройку непроизвольных движений глазных мышц, позволяя стабильно фиксировать объекты при движении. Работа этой системы зависит от быстрой обработки визуальной информации и способности реалистично оценивать относительную скорость объектов в движущейся сцене при различных уровнях освещенности.

Чтобы исследовать, как визуальные параметры (узоры изображения, условия освещения, контраст яркости) влияют на эту способность, Страка и его коллеги использовали модель — африканскую шпорцевую лягушку Xenopus laevis. С помощью высокоскоростной камеры они отслеживали движения глаз у головастиков.

Результаты эксперимента:

• При демонстрации движущегося вперед-назад поля из точек глаза головастика совершали движения большей амплитуды, когда узор состоял из белых точек на черном фоне, по сравнению с обратной "цветовой схемой" (черные точки на белом фоне).
• Полярность контраста оказала заметное влияние на эффективность восприятия движущегося узора. Структура самого узора в этом контексте была не важна.

Измерение активности зрительного нерва, передающего сигнал от сетчатки в мозг, показало: разница в эффективности восприятия движения кодируется на уровне сетчатки. Белые точки на черном фоне генерируют нервные импульсы большей амплитуды, чем черные на белом. Мозг не участвует в этом различении, а лишь передает импульсные паттерны от сетчатки к нервам, контролирующим глазные мышцы.

"Это означает, что качество восприятия движения среды, характеризуемое ярко освещенными структурами на темном фоне, — а значит, и способность отслеживать интересующие объекты — выше, чем в обратной ситуации", — объясняет Страка.

Исследователи предполагают, что эта особенность может быть адаптацией к образу жизни головастиков, которые живут в мутной воде и питаются объектами, которые ярче, чем вода в пруду.

У взрослых лягушек, которые плавают ближе к поверхности и добывают пищу на ней или над ней, вероятно, более эффективным будет восприятие темных точек на светлом фоне. Команда LMU сейчас проверяет гипотезу, меняется ли относительная эффективность распознавания паттернов (обусловленная связями фоторецепторов в сетчатке) во время метаморфоза, когда головастик превращается во взрослую лягушку.

"Если взрослая лягушка действительно лучше воспринимает темные узоры на светлом фоне, это докажет, что относительная эффективность разных режимов распознавания паттернов определяется образом жизни животного", — заключает Страка.