Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence
Naslovnica Članki Intervjuji Mnenja Zdravje Korenine eSinapsa Številke
Kaj oko sporoča možganom *
članki
eSinapsa, 2011-1
Zvezdan Pirtošek
Eksoskeleti – inteligentne bionske naprave
Marko Munih
O aktualnih dilemah draženja globokih možganskih struktur pri obsesivno - kompulzivni motnji
Nadja Jarc
Sledite svojo srečo ... z iPhone
Urban Kordeš
eSinapsa, 2011-2
Renata Salecl
Gašper Tkačik
Astrociti – spregledane zvezde nevrobiologije
Marko Kreft, Robert Zorec
Sašo Dolenc
Meditacija - malo truda, veliko koristi
Luka Dimic
eSinapsa, 2011-3
Mara Bresjanac
Martina Starc
Rok Berlot
Varnost uporabe generičnih protiepileptičnih zdravil
Mojca Kržan, Matevž Kržan
Možgani, računalniki - nekaj vmes
Miha Pelko
eSinapsa, 2012-4
Ali so moški in ženski možgani različni?
Gregor Majdič
O kognitivnih motnjah pri bolnikih s Parkinsonovo boleznijo
Dejan Georgiev
Akutno možgansko kap lahko uspešno zdravimo
Nina Vujasinovič, Bojana Žvan
Vloga nevropsihološke diagnostike pri odkrivanju zgodnjih znakov alzheimerjeve bolezni
Simon Brezovar
eSinapsa, 2013-5
Učinek placeba brez lažnih zdravil in zavajanja
Mara Bresjanac
Subarahnoidna krvavitev zaradi tromboze venskih sinusov
Mateja Repar, Anita Resman Gašperčič
Srečanje dveh velikanov: možganov in imunskega sistema
Matej Markota
Novo odkritje na področju sporadičnih prionskih bolezni
Jana Jerše, Nadja Jarc
eSinapsa, 2013-6
Odstranjevanje možganskih tumorjev pri budnem bolniku
Andrej Vranič, Jasmina Markovič, Blaž Koritnik
Zmedena bolnica, ki nič ne vidi ali PRES
Manja Hribar, Vid Zgonc
Manja Hribar
Sistemska skleroza in ishemična možganska kap - vzročna povezanost ali le koincidenca?
Mateja Repar, Janja Pretnar Oblak
Netravmatska lokalizirana konveksitetna subarahnoidna krvavitev
Mateja Repar, Fajko F. Bajrović
Klemen Grabljevec
Z omejevanjem spodbujajoča terapija pri bolnikih po nezgodni možganski poškodbi
Dejana Zajc, Klemen Grabljevec
eSinapsa, 2014-7
Možgani v mreži navezanosti, ki nas zaznamuje
Barbara Horvat
Vpliv senzoričnega dotoka na uglasitev možganskih povezav
Peter Gradišnik
Človeški konektom ali kakšne so zveze v naših možganih
Blaž Koritnik
Niko Lah
Torkove delavnice za osnovnošolce
Mateja Drolec Novak, Vid V. Vodušek
Da ne pozabim! Tehnike za pomladitev spomina
Klara Tostovršnik, Hana Hawlina
Površina socialne nevroznanosti
Manuel Kuran
Clarity - bistri možgani Karla Deisserotha
Gregor Belušič
Barbara Gnidovec Stražišar
Bojana Žvan
Nevroplastičnost po možganski kapi
Marjan Zaletel
Klinično psihološka obravnava pacientov po možganski kapi in podpora pri vračanju na delovno mesto
Barbara Starovasnik Žagavec
Možgani: organ, s katerim ljubimo
Andraž Matkovič
Marija Šoštarič Podlesnik
Gibalno-kognitivna vadba: praktična delavnica
Mitja Gerževič, Marina Dobnik
Anton Grad
Nevrologija, imunologija, psihiatrija …
Bojan Rojc
Andraž Stožer, Janez Bregant
Dominika Novak Pihler
Možganska kap – »kako ostati v omrežju?«
Nina Ozimic
Klara Tostovršnik
eSinapsa, 2014-8
Znotrajžilno zdravljenje možganskih anevrizem
Tamara Gorjanc, Dimitrij Lovrič
Obravnava hladnih možganskih anevrizem
Bojana Žvan, Janja Pretnar Oblak
Ali deklice z Rettovim sindromom govorijo z očmi?
Anka Slana, Urška Slana
Progresivna multifokalna encefalopatija
Urša Zabret, Katarina Šurlan Popovič
Ne ubijaj – poskusi na živalih
Martina Perše
Poizkusi na živalih - za in proti
Simon Horvat
eSinapsa, 2015-9
Kako deluje navigacijski sistem v naših možganih
Simon Brezovar
Vsakodnevno delo slepe osebe / s slepo osebo
Denis Kamnar
Uroš Marušič
Manca Tekavčič Pompe
Toni Pustovrh
Marko Hawlina
Od svetlobe do podobe ali kako vidijo svet naši možgani
Simon Brezovar
Janja Hrastovšek
Zala Kurinčič
Pogledi na mejno osebnostno motnjo
Jerica Radež, Peter Kapš
Uvid kot socialno psihološki fenomen
Vid Vodušek
Uvod v vidno-prostorske funkcije s praktičnimi primeri
Ana Bujišić, Sanja Roškar
eSinapsa, 2015-10
Difuzijsko magnetnoresonančno slikanje
Rok Berlot
Katja Pavšič
Radiološko izolirani sindrom - ali ga moramo poznati?
Matej Vouk, Katarina Šurlan Popovič
Kako izgledajo možgani, ki govorijo več jezikov?
Gašper Zupan
Nov pristop v rehabilitaciji - terapija s pomočjo psa
Mateja Drljepan
Pogled v maternico z magnetnoresonančno preiskavo
Taja Jordan, Tina Vipotnik Vesnaver
Saša Zorjan
Saša Zorjan
Nevroestetika: ko nevroznanost obišče galerijo
Anja Voljavec, Hana Hawlina, Nika Vrabič
Ali so psihogeni neepileptični napadi res psihogeni?
Saška Vipotnik, Gal Granda
Kako nam lahko glasna glasba »vzame« sluh in povzroči tinitus
Nejc Steiner, Saba Battelino
eSinapsa, 2016-11
Mara Bresjanac
Kako ultrazvok odpira pot v možgane
Kaja Kolmančič
Kako je epigenetika spremenila nevroznanost
Metka Ravnik Glavač
Ondinino prekletstvo ali sindrom prirojene centralne hipoventilacije
Katja Pavšič, Barbara Gnidovec Stražišar, Janja Pretnar Oblak, Fajko F. Bajrović
Zika virus in magnetnoresonančna diagnostika nepravilnosti osrednjega živčevja pri plodu
Rok Banko, Tina Vipotnik Vesnaver
Motnje ravnotežja otrok in odraslih
Nejc Steiner, Saba Battelino
eSinapsa, 2016-12
Vloga magnetnoresonančne spektroskopije pri obravnavi možganskih tumorjev
Gašper Zupan, Katarina Šurlan Popovič
Tiskanje tridimenzionalnih modelov v medicini
Andrej Vovk
Aleš Oblak
Kevin Klarič
Sinestezija: umetnica, ki ne želi odrasti
Tisa Frelih
Računska psihiatrija: od nevroznanosti do klinike
Nastja Tomat
Kognitivni nadzor: od vsakdanjega življenja do bolezni
Vida Ana Politakis
eSinapsa, 2017-13
Internet: nadgradnja ali nadomestek uma?
Matej Perovnik
Vloga črevesnega mikrobioma pri odzivu na stres
Vesna van Midden
Stres pušča posledice tako na človeškem kot živalskem organizmu
Jasmina Kerčmar
Prikaz normalne anatomije in bolezenskih stanj obraznega živca z magnetno resonanco
Rok Banko, Matej Vrabec
Psihedelična izkušnja in njen zdravilni potencial
Anja Cehnar, Jona Basle
Vpliv hiperglikemije na delovanje možganov
Jasna Šuput Omladič, Simona Klemenčič
Nevrofibromatoza: napredujoče obolenje centralnega in perifernega živčevja
Nejc Steiner, Saba Battelino
Fenomen žrtvenega jagnja v dobi interneta
Dolores Trol
Tesnoba staršev in strategije spoprijemanja, ko pri otroku na novo odkrijejo epilepsijo
Daša Kocjančič, Petra Lešnik Musek, Vesna Krkoč, David Gosar
eSinapsa, 2017-14
Zakaj ne zapeljem s ceste, ko kihnem?
Anka Slana Ozimič, Grega Repovš
Možgani pod stresom: od celic do duševnih motenj
Nastja Tomat
Nobelova nagrada za odkritje molekularnih mehanizmov nadzora cirkadianih ritmov
Leja Dolenc Grošelj
Na sledi prvi vzročni terapiji Huntingtonove bolezni
Danaja Metul
Razlike med spoloma pri Parkinsonovi bolezni
Kaja Kolmančič
eSinapsa, 2018-15
Susceptibilno poudarjeno magnetnoresonančno slikanje pri bolniku z ALS
Alja Vičič, Jernej Avsenik, Rok Berlot
Sara Fabjan
Reverzibilni cerebralni vazokonstrikcijski sindrom – pot do diagnoze
Maja Cimperšek, Katarina Šurlan Popovič
Liam Korošec Hudnik
Kognitivno funkcioniranje pri izgorelosti
Marina Horvat
eSinapsa, 2019-16
Maša Čater
Saša Koprivec
Infekcije osrednjega živčnega sistema s flavivirusi
Maja Potokar
Raziskava: Kako depresija vpliva na kognitivne sposobnosti?
Vida Ana Politakis
Razvoj depresije pri otrocih z vidika navezovalnega vedenja
Neža Grgurevič
Sonja Prpar Mihevc
Umetno inteligentna nevroznanost: srečanje nevronskih mrež in možganske fiziologije
Kristijan Armeni
Čebelji strup pri preventivi nevrodegenerativnih bolezni in priložnost za klinično prakso
Matjaž Deželak
eSinapsa, 2019-17
IgG4+ – skupni imenovalec diagnoz iz preteklosti
Cene Jerele, Katarina Šurlan Popovič
Nov molekulski mehanizem delovanja ketamina v astrocitih
Matjaž Stenovec
Praktični pristop k obravnavi utrujenosti in motenj spanja pri bolnikih z multiplo sklerozo
Nik Krajnc, Leja Dolenc Grošelj
Jure Pešak
eSinapsa, 2020-18
Bolezni spektra anti-MOG pri odraslih
Nik Krajnc
Samomor pod lupo nevroznanosti
Alina Holnthaner
eSinapsa, 2020-19
Ob mednarodnem dnevu znakovnih jezikov
Anka Slana Ozimič
Teorija obetov: kako sprejemamo tvegane odločitve
Nastja Tomat
Sara Fabjan
Matjaž Deželak
Nina Stanojević, Uroš Kovačič
Od človeških nevronov do možganskih organoidov – nova obzorja v nevroznanosti
Vesna M. van Midden
Splošna umetna inteligenca ali statistične jezikovne papige?
Kristijan Armeni
Zunajcelični vezikli kot prenašalci zdravilnih učinkovin preko krvno-možganske prepreke
Saša Koprivec
Matjaž Deželak
eSinapsa, 2021-20
Migrena: starodavna bolezen, sodobni pristopi k zdravljenju
Eva Koban, Lina Savšek
Zgodnji razvoj socialnega vedenja
Vesna Jug
Nastja Tomat
Mikrosplet: povezovanje preko mikrobioma
Tina Tinkara Peternelj
Stimulacija možganov kot način zdravljenja depresije
Saša Kocijančič Azzaoui
eSinapsa, 2021-21
eSinapsa, 2022-22
Sodobni vidiki motenj hranjenja
Karin Sernec
Ples in gibalni dialog z malčki
Neva Kralj
Atul Gawande
Jezikovna funkcija pri Alzheimerjevi bolezni
Gašper Tonin
Dostava terapevtikov preko krvno-možganske pregrade
Matjaž Deželak
eSinapsa, 2022-23
Akutni ishemični infarkt hrbtenjače pri zdravih otrocih – kaj lahko pove radiolog?
Katarina Šurlan Popovič, Barbara Šijaković
eSinapsa, 2023-24
Možganska omrežja pri nevrodegenerativnih boleznih
Tomaž Rus, Matej Perovnik
Morske živali kot navdih za nevroznanstvenike: morski konjiček, morski zajček in klobučnjak
Tina Bregant
Metoda Feldenkrais: gibanje in nevroplastičnost
Mateja Pate
Etično naravnana animalna nevroznanost
Maša Čater
Helena Motaln, Boris Rogelj
eSinapsa, 2023-25
Urban Košak, Damijan Knez, Anže Meden, Simon Žakelj, Jurij Trontelj, Jure Stojan, Maja Zakošek Pipan, Kinga Sałat idr.
eSinapsa, 2024-26
Naravno okolje kot vir zdravja in blagostanja
Karin Križman, Grega Repovš, Gaja Zager Kocjan, Gregor Geršak
Katja Peganc Nunčič, Damjan Osredkar
Tanja Goltnik
Ali je zgodnje vstajanje dedno?
Cene Skubic, Laura Plavc, Damjana Rozman, Leja Dolenc Grošelj
Današnje kamere za potrošno rabo dosegajo spektakularne ločljivosti: njihovo srce, nekaj kvadratnih milimetrov velik CCD - čip za zaznavanje intenzitete svetlobe, vzorči svet skozi 10 do 20 milijonov drobnih senzorjev. Človeško oko vidi svet skozi približno 6 miljonov čepkov (“senzorjev” za barvni vid, ki so aktivni pri dnevni svetlobi) in 100 miljonov paličic (odgovornih za nočni vid). Je torej mrežnica — živčno tkivo, ki vsebuje čepke, paličice in še nekaj drugih vrst nevronov — le biološka različica čipa CCD, ali pa to živo vezje iz svetlobnega signala izlušči tudi bolj zapletene informacije, ki jih nato posreduje prek optičnega živca v možgane?
Ali znamo razumeti signale, ki potujejo po optičnem živcu do te mere, da lahko iz njih rekonstruiramo sliko, ki pada na mrežnico? Koliko bitov na sekundo potuje po optičnem živcu v možgane med normalno vidno zaznavo.
Z vprašanji te vrste se ukvarjamo raziskovalci na interdisciplinarnem področju, kjer se prekrivajo nevroznanost, fizika, računalništvo in informacijska teorija 1. Mrežnica je privlačen eksperimentalni sistem: to tkivo lahko izoliramo iz očesa živali (recimo močerada) ter ga delujočega nekaj ur obdržimo na napravi MEA (multielectrode array), ki zapisuje električne impulze iz posameznih nevronov, hkrati pa lahko nanj projiciramo poljubno svetlobno stimulacijo 2 (Slika 1).
Tako dobimo natančno kontroliran sistem z dobro definiranim vhodnim signalom (svetlobno stimulacijo, ki je lahko preprosta, kot so recimo svetle točke ali črte na temnem zaslonu, ali zelo zapletena, recimo film) ter dobro definiranim izhodnim signalom (odzivom približno 100 nevronov, to je natančni čas, kdaj je kateri izmed nevronov po optičnem živcu poslal živčni impulz — digitalno izražen z enico, ali tišino — digitalno izraženo z ničlo). Soočeni smo torej s problemom “dekodiranja”- nekako tako kot arheologi, ki so razvozlavali hieroglife iz zapisov na Rosettinem kamnu: kako mrežnica pretvori svetlobne signale v binarni zapis, ki ga nevroni posredujejo možganom (Slika 2) in iz katerega možgani nato rekonstruirajo našo vizualno resničnost. To vprašanje je pomembno zaradi vsaj dveh, zelo različnih razlogov. Prvi je aplikacijski: če bi dobro razumeli delovanje mrežnice, bi se odprla možnost “očesnih protez”, kjer bi bolezensko degenerirano plast čepkov ali paličic nadomestila elektronska komponenta - čip CCD, ki bi nato signale posredovala v preostanek mrežničnega vezja. Drugi razlog je bazične narave: verjamemo, da se iz mrežnice lahko veliko naučimo o principih, ki določajo, kako možgani procesirajo in shranjujejo podatke o zunanjem svetu, ter iz njih luščijo tisti del informacije, ki je uporaben kot vodilo za prihodnja dejanja.
Do nedavnega je veljalo, da je pravilna tista klasična slika, pri kateri vsak nevron, ki pošilja informacijo v možgane, “opazuje” košček vidnega polja: če se v njem pojavi določen svetlobni signal, recimo svetla ali temna točka, se nevron odzove z živčnim impulzom — torej zelo podobno delovanju čipa CCD v kameri. Raziskovalci pa so hkrati dokumentirali mnogo opažanj, po katerih se nevroni v mrežnici močno razlikujejo od kamer: prvič, nevroni niso stoodstotno zanesljivi ter se na enako svetlobno stimulacijo odzivajo skoraj - vendar ne vedno - enako; drugič, intenziteta svetlobe v naši okolici se tekom dneva drastično spreminja, prek več kot 7 velikostnih redov, vsak nevron pa lahko oddaja impulze z veliko manjšim razponom; tretjič, nevroni se odzivajo le na spremembe v stimulaciji — mrežnica se torej na konstanten stimulus odzove s kratko salvo impulzov, ki nato zamre (mar ni zanimivo, da, četudi zavestno zremo v isto točko, zaznavana slika ne izgine?3).
V zadnjih desetih letih smo odkrili tudi mnogo bolj presenetljive računske sposobnosti mrežnice; omenim naj le en primer. Mrežnica je sposobna ekstrapolirati gladko gibanje predmetov v vidnem polju ter sporočati možganom, kje se bo predmet nahajal v bližnji prihodnosti 4. Če predmet nezvezno spremeni smer ali hitrost gibanja, se mrežnica odzove z burnim zaporedjem impulzov, ki verjetno sporočajo možganom, da je bila gladka napoved oziroma ekstrapolacija gibanja napačna in da se je zgodilo nekaj presenetljivega, nepričakovanega, čemur se morajo možgani posvetiti. Ta sposobnost mrežnice ni tako presenetljiva, če upoštevamo, da je procesiranje v nevronih relativno počasno (vsaj v primerjavi s procesiranjem v elektronskih napravah): brez predikcije bi v pretoku informacij med očesom in možgani že pri prvem koraku nastal zastoj, reda nekaj 10 do 100 milisekund, kar bi lahko onemogočalo hitre reakcije — take, ki smo jih sposobni vsi ljudje, posebej pa še nekateri vrhunski športniki.
Podobnih primerov, kjer mrežnica ekstrapolira gibanje ali periodične spremembe v svetlobni stimulaciji (t.i. “omitted stimulus response”) je še več, vsem pa je skupno to, da jih je težko pojasniti z lastnostmi posameznih nevronov 5. Z drugimi besedami, nujno se zdi, da so nevroni v mrežnici povezani in da delujejo skupaj, kot ena računska enota. Poskusi in teoretični modeli prav tako kažejo možnost, da je ta kolektivna dinamika (kot bi jo imenovali fiziki) osnovni mehanizem, s katerim se lahko vizualni sistem bori proti nezanesljivosti posameznih nevronov. Glavna razlika med mrežnico in čipom CCD v kameri je torej naslednja: v čipu CCD vsak “pixel” samostojno sporoča intenziteto svetlobe v majhnem vidnem kotu; v mrežnici je vsak nevron prav tako občutljiv neposredno le na svetlobo v majhnem vidnem kotu, a preden pošlje ta signal v možgane, se “pogovori” s svojimi sosedi in v tem koraku se odpravljajo napake v kodiranju, zgodijo se prilagoditve na zunanji kontrast in osvetljenost scene, izračuna se napoved zveznih gibanj in podobno. Končni izhodni signal iz mrežnice — okrog miljon vzporednih vlaken, ki v možgane nosijo binarni zapis o tem, kaj gledamo — torej ni preprosti prepis slike v “pixle”, pač pa zapletena in precej učinkovita koda6 7 8 9.
V računski nevroznanosti poizkušamo na podlagi poskusov narediti te in sorodne zaključke kvantitativne ter jih spremeniti v matematične modele, ki natančno opisujejo operacije, ki jih mrežnica izvaja. Poleg lekcij, ki nas jih mrežnica lahko nauči o delovanju celotnih možganov, nas zanima tudi, ali obstaja kakšen osnovni matematični princip, iz katerega bi lahko izpeljali lastnosti procesiranja informacij v mrežnici 10.
Najbolj perspektivna možnost je takoimenovana hipoteza učinkovitega kodiranja (efficient coding hypothesis), hipoteza, zastavljena v okviru informacijske teorije, ki pravi, da je evolucija pripeljala strukturo mrežnice do točke, kjer z danim številom nevronov (skoraj) optimalno kodira informacije o našem okolju v živčne impulze. Če bi živeli v okolju, kjer naše oko ne bi gledalo sveta v naravni barvni strukturi, z naravnim razponom kontrastov in z naravnimi teksturami, s predmeti, razporejenimi v prostoru 3D in z zakoni optike, ki določajo, kako se slika teh predmetov tvori na naši mrežnici, bi bila kodirna sposobnost mrežnice — tako predlaga hipoteza — slabša: mrežnica je torej prilagojena na okolje, v katerem zbira informacije. Nihče od nas seveda ni živel v takšnem, “napačnem” svetu, lahko pa ga realiziramo v matematičnih modelih, ga pokažemo mrežnici med poskusom na napravi MEA ter primerjamo rezultate z napovedmi hipoteze.
- Naslov je nalašč podoben naslovu znanega članka “What the frogʼs eye tells the frogʼs brain” iz Proc. Inst. Radio Engr., vol 47 (1959), v katerem Lettvin in soavtorji opisujejo zasnovo žabjega vizualnega sistema, ki je prilagojen za zaznavanje in lovljenje insektov, s katerimi se žaba prehranjuje.
K Koch, J McLean, R Segev, MA Freed, MJ Berry 2nd, V Balasubramanian, P Sterling (2006) How much the eye tells the brain, Current Biology 16: 1428-1434. ↩
R Segev, J Goodhouse, J Puchalla, MJ Berry 2nd (2004) Recording spikes from a large fraction of the ganglion cells in a retinal patch, Nature Neuroscience 7: 1155-1162. ↩
Kot zanimivost navedimo, da tudi, če zavestno “zremo v isto točko”, naše oči neprenehoma izvajajo naključne drobne premike. S posebno napravo se da te premike meriti v realnem času in premikati sliko, ki jo na zaslonu gleda opazovalec, tako, da je slika na mrežnici venomer popolnoma stabilna. Takrat zavestni vizualni percept dejansko izgine! ↩
MJ Berry 2nd, IH Brivanlou, TA Jordan, M Meister (1999) Anticipation of moving stimuli by the retina, Nature 398: 334-338. ↩
T Gollisch, M Meister (2010) Eye smarter than scientists believed: neural computations in circuits of the retina, Neuron 65: 150-164. ↩
Ocene pretoka informacij po optičnem živcu se gibljejo okrog reda 1Mbit/s. Zanimivo je, da je približno tak pretok potreben pri novih kodirnih mehanizmih v računalniškem zapisu za video, če želimo podpirati ločljivost slike, ki je za naš vizualni sistem brez zaznavne izgube kakovosti. ↩
Schneidman E, MJ Berry 2nd, R Segev, W Bialek (2006) Weak pairwise correlations imply strongly correlated network states in a neural population, Nature 440: 1007-1012. ↩
JW Pillow, J Shlens, L Paninski, A Sher, AM Litke, EJ Chichilnisky, EP Simoncelli (2008) Spatio-temporal correlations and visual signalling in a complete neural population, Nature 454: 995-999. ↩
G Tkačik, JS Prentice, V Balasubramanian, E Schneidman (2010) Optimal population coding by noisy spiking neurons, Proc Natʼl Acad Sci USA 107: 14419-14421. ↩
HB Barlow (1961) Possible principles underlying the transformation of sensory messages, in Sensory communication, ed. WA Rosenblith, MIT Press, Mass., USA. ↩
Izr. prof. dr. Gašper Tkačik,
IST Austria