بازنمایی زیرگروههای چهره در قشر گیجگاهی پایینی میمون

معرفی انسانها و سایر نخستیها موجوداتی دیداری هستند. حدود دو سوم مغز این رده از جانوران به پردازش اطلاعات بینایی اختصاص یافته است. به علاوه به لحاظ ذهنی انسان ها برای انجام بسیاری از وظایف شناختی از تصورات بینایی استفاده می کنند. از این جهت برای شناخت دستگاه عصبی بسیاری از محققین از دستگاه بینایی شروع کرده اند. در دستگاه بینایی مسیری از پردازش اطلاعات که به تشخیص اشیا و به خاطر سپردن و بازشناسی آنها منجر می شود نهایتا در قشر گیجگاهی پایینی خاتمه می یابد. بعد از قشر گیجگاهی پایینی اطلاعات بینایی با سایر اطلاعاتی که از قسمتهای دیگر مغز منشاء می گیرند آمیخته می شود. (gross, cereb cor 1994) قشر گیجگاهی پایینی که آخرین مرحله پردازش اطلاعات صرفا بینایی است محل بازنمایی اشکال و اشیاء بینایی پیچیده است. از حدود چهل سال پیش وجود تک سلولهایی که به طور انتخابی به یک دسته خاص از اشیاء بینایی پاسخ می دهند نشان داده شده است. بعد از آن مطالعاتی متعددی موفق شده اند که دسته های سلولی در این قشر پیدا بکنند که به لحاظ مکانی در نزدیکی هم قرار گرفته اند و ضمنا به طور انتخابی به یک دسته خاص یا گروهی از اشیا که خواص دیداری شبیه به هم دارند پاسخ می دهند. (tanifuji, nat. neuro 2001) وجود دسته هایی از سلولهایی که در کنار هم قرار گرفته اند و به اشیائی به لحاظ دیداری شبیه به هم پاسخ می دهند محدودیت های قابل توجهی بر مدلهای ممکن برای پردازش داده های بینایی اعمال می کند. دسته دیگری از مطالعات نشان دادند که سرعت انجام برخی از وظایف بینایی پیچیده که صرفا با استفاده از اطلاعات دیداری قابل انجام نیستند به حدی بالا است که ناچار ما را بر این وا می دارد که جایی و سازو کاری برای انجام این وظایف در قشر های صرفا بینایی پیدا بکنیم. به عنوان مثال گروهی از محققین (thorpe et al, nature 1996) نشان داده اند که اگر از افراد بخواهیم در تصاویری که از مناظر طبیعی تهیه شده است و برای مدت بسیار کوتاهی برای آنها نمایش داده می شود وجود یا عدم وجود حیوانات را تشخیص بدهند و در حین انجام این کار پتانسیل های برانگیخته مغزی آنها را از روی سطح پوست ثبت کنیم می بینیم که در زمانی که هنوز انتظار داریم اطلاعات بینایی در قشرهای صرفا بینایی در حال پردازش باشند پتانسیل های برآنگیخته برای تصاویری که واجد حیوان هستند و آنها که نیستند قابل تفکیک هستند. این شواهد و شواهد دیگر نشان می دهد که در طول رشد یک جانور قشرهای صرفا بینایی با کمک بازخوردهای غیر بینایی می توانند برای انجام وظایف صرفا بینایی آموزش ببینند. به عنوان مثال برای اینکه فردی بتواند یک گورخر و یک قورباغه را در یک گروه دسته بندی کند و در عین حال قادر باشد یک گل ابریشم پشمالو را خارج از این گروه قرار دهد نیاز به آموزش با استفاده از اطلاعات غیر دیداری دارد، ولی پس از یادگیری آن با صرف وجود اطلاعات دیداری شخص قادر به انجام این کار خواهد بود. اخیرا گروه تحقیقاتی ما نشان داده است (kiani, j neurophysiology 2007) که می توان با بررسی نوع پاسخ دسته های سلولی قشر گیجگاهی پایینی اطلاعات لازم برای دسته بندی اشیاء بینایی را فراهم کرد.)در این مطالعه از تعداد بسیار زیادی (بیش از هزار) تصویر رنگی از اشیاء بسیار گوناگون از دسته های مختلف اشیاء بینایی شامل موجودات زنده و غیر زنده به عنوان محرک استفاده شده است. ثبت تک سلولی از میمون هایی که به طور غیر فعال تصاویر را مشاهده می کرده اند نشان داده است که با نگاه به پاسخ دسته های سلولی می توان محرک های ورودی را با دقت قابل قبولی دسته بندی کرد. این دسته بندی تا حد زیادی بر رفتار میمونها و دسته بندی ای که انسان ها انجام می دهند انطباق دارد. در ادامه این کار و برای پاسخ به سوالاتی که در پروژه ذکر شده امکان پاسخ آنها وجود نداشت پروژه جدیدی طراحی شد. یکی از مشکلاتی که پروژه های ثبت تک سلولی در جانوران بزرگ با آن مواجه هستند محدودیت تعداد نرونهایی است که در طی یک پروژه امکان ثبت از آنها وجود دارد. برای کاهش تاثیر این مشکل نیاز بود محرکهایی انتخاب می شدند که بیشترین احتمال ایجاد پاسخ در سلولهای قشر گیجگاهی پایینی را داشتند. از طرفی این محرکها باید به حد کافی پیچیده بودند که امکان دسته بندی آنها صرفا بر اساس خواص اولیه بینایی وجود نداشته باشد و نیاز به آموزش و پردازش های پیچیده مرتبط با سلولهای قشر گیجگاهی پایینی برای درک و تفکیک آنها وجود داشته باشد. و مهم تر این که محرک های مذکور باید این قابلیت را داشته باشند که میمون ها بتوانند آنها را به دسته هایی شبیه انچه برای انسانها قابل درک است تقسیم بندی کنند. با این کار تاثیر آموزش و آشنا سازی و مداخله های مصنوعی از بین می رود و به لحاظ عملی به لحاظ حذف مراحل آموزش و آزمون مقدار یادگیری انجام پروژه عملی تر می شود. مطالعات بسیار گسترده ای که در مورد بازنمایی چهره در شاخه های مختلف علوم اعصاب انجام شده است نشانگر این بود که چهره بهترین و ساده ترین کاندیدا برای استفاده در این آزمایش است. اولا در مطالعات مختلف نشان داده شده است که درصد بالایی از سلولهای قشر گیجگاهی به تصاویر چهره پاسخ می دهند. گزارشهای مختلف در مناطق مختلف قشر گیجگاهی بین 5% تا بالای 90% از سلولها را برای چهره انتخابی دانسته اند (tsao, science 2006). بنابراین احتمال اینکه ما در صورت موفقیت در ثبت پاسخهای یک سلول به علت عدم پاسخ کافی یا عدم وجود پاسخ انتخابی در آن سلول مجبور به حذف آن سلول بشویم کاهش پیدا می کرد. ضمنا از آنجا که همه نخستیها موجودات اجتماعی هستند و مطالعات متنوعی نشان داده اند که درک و تشخیص و تفکیک چهره ها برای نخستیها مهم است و منابع قابل توجهی از قشر بینایی به این کار اختصاص یافته و حتی سلولها یا دسته های سلولی خاص به درک جزییاتی از چهره مثل جهت نگاه و جهت توجه (leekam 1997 brit. j. dev. psychol)، یا حالت احساسی چهره مثلا خندان یا عصبانی بودن چهره (young science 1992)، یا گونه چهره مثلا انسان یا میمون بودن آن (tsao, nat neuro 2008) اختصاص یافته اند، بر این اساس ما انتظار داشتیم تقسیم بندی فضای چهره برای میمون های مورد آزمایش ممکن باشد.