Wie ist der visuelle Kortex organisiert?

Alle visuellen Informationen, die der menschliche Geist erhält, werden von einem Teil des Gehirns verarbeitet, der als visueller Kortex bezeichnet wird . Der visuelle Kortex ist Teil der äußersten Schicht des Gehirns, des Kortex, und befindet sich am dorsalen Pol des Occipitallappens. Einfacher gesagt, im unteren hinteren Bereich des Gehirns. Der visuelle Kortex erhält seine Informationen über Projektionen, die sich von den Augäpfeln durch das Gehirn erstrecken. Die Projektionen passieren zuerst einen Zwischenstopp in der Mitte des Gehirns, einen mandelähnlichen Klumpen, der als Lateral Geniculate Nucleus (LGN) bezeichnet wird. Von dort werden sie zur Bearbeitung in den visuellen Kortex projiziert.

Der visuelle Kortex ist in fünf Bereiche unterteilt, die mit V1, V2, V3, V4 und MT bezeichnet sind und gelegentlich als V5 bezeichnet werden. V1, manchmal wegen seines streifenartigen Aussehens als Streifenrinde bezeichnet, wenn es gefärbt und unter ein Mikroskop gestellt wird, ist bei weitem das größte und wichtigste. Es wird manchmal als primärer visueller Kortex oder Bereich 17 bezeichnet. Die anderen visuellen Bereiche werden als extrastriatischer Kortex bezeichnet . V1 ist einer der am umfassendsten untersuchten und verständlichsten Bereiche des menschlichen Gehirns.

V1 ist eine ca. 2 mm dicke Gehirnschicht mit etwa der Fläche einer Karteikarte. Da es zerkleinert ist, beträgt sein Volumen nur wenige Kubikzentimeter. Die Neuronen in V1 sind sowohl auf lokaler als auch auf globaler Ebene mit horizontalen und vertikalen Organisationsschemata organisiert. Relevante Variablen, die von den sensorischen Rohdaten abstrahiert werden sollen, umfassen Farbe, Form, Größe, Bewegung, Orientierung und andere, die subtiler sind. Die parallelisierte Art der Berechnung im menschlichen Gehirn bedeutet, dass es bestimmte Zellen gibt, die durch das Vorhandensein von Farbe A aktiviert werden, andere, die durch Farbe B aktiviert werden, und so weiter.

Das offensichtlichste Organisationsprotokoll in V1 ist das der horizontalen Schichten. Es gibt sechs Hauptschichten, die mit den römischen Ziffern I bis VI gekennzeichnet sind. Ich bin die äußerste Schicht, die am weitesten von Augäpfeln und LGN entfernt ist und daher die geringste Anzahl direkter Projektionen mit visuellen Daten empfängt. Die dicksten Nervenbündel von der LGN werden in die Schichten V und VI projiziert, die selbst Nerven enthalten, die zurück in die LGN ragen und eine Rückkopplungsschleife bilden. Rückmeldungen zwischen dem Absender visueller Daten (LGN) und seinem Prozessor (V1) sind hilfreich, um die Art der mehrdeutigen Sinnesdaten zu klären.

Rohe sensorische Daten kommen aus den Augen als ein Ensemble von Nervenschüssen, die als Retinotopenkarte bezeichnet werden . Die erste Reihe von Neuronen dient zur Durchführung relativ elementarer Analysen sensorischer Daten. Eine Sammlung von Neuronen zur Erkennung vertikaler Linien könnte aktiviert werden, wenn sich herausstellt, dass eine kritische Schwelle visueller "Pixel" in einem vertikalen Muster konfiguriert ist. Übergeordnete Prozessoren treffen ihre "Entscheidungen" auf der Grundlage vorverarbeiteter Daten von anderen Neuronen. Beispielsweise kann eine Sammlung von Neuronen, die zur Erfassung der Geschwindigkeit eines Objekts ausgelegt sind, von Informationen von Neuronen abhängen, die zur Erfassung von Objekten als separate Einheiten von ihrem Hintergrund ausgelegt sind.

Ein weiteres Organisationsschema ist die vertikale oder kolumnare neuronale Architektur. Eine Spalte erstreckt sich durch alle horizontalen Schichten und besteht normalerweise aus Neuronen, die funktionelle Ähnlichkeiten aufweisen ("Neuronen, die zusammen feuern, zusammen verdrahten") und Gemeinsamkeiten in ihren Vorurteilen. Beispielsweise kann eine Spalte Informationen ausschließlich vom rechten Augapfel, die andere von der linken Spalte annehmen. Spalten haben normalerweise Unterspalten, die als Makrospalten bzw. Mikrospalten bezeichnet werden. Mikrosäulen können so klein sein, dass sie nur hundert einzelne Neuronen enthalten.

Das Studium der Details der Informationsverarbeitung im menschlichen Gehirn ist schwierig, da sich das Gehirn von Primaten auf komplexe, ad hoc und scheinbar chaotische Weise entwickelt hat und die Komplexität, die jedes Gehirn aufgrund seiner enormen Aufgabe sicher aufweisen wird. Die selektive Verletzung des visuellen Kortex bei Tieren ist historisch gesehen eine der produktivsten (und umstrittensten) Methoden zur Untersuchung neuronaler Funktionen. In jüngster Zeit haben Wissenschaftler jedoch Werkzeuge entwickelt, um bestimmte Gehirnbereiche selektiv zu deaktivieren oder zu aktivieren, ohne sie zu schädigen. Die Auflösung von Gehirnscannern nimmt exponentiell zu, und die Algorithmen werden immer ausgefeilter, um die Datenflut zu bewältigen, die für die kognitiven Wissenschaften charakteristisch ist. Es ist nicht unwahrscheinlich, dass wir eines Tages in der Lage sein werden, den gesamten visuellen Kortex zu verstehen.

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