Lobul occipital si cortexul vizual

Creierul este cel mai complex organ de care depinde viata, constiinta, somnul si multe alte activitati umane. Studierea partilor implicate in recunoasterea vizuala ne va permite sa realizam masini capabile sa recunoasca obiecte si sa se orienteze in spatiu asemenea unei fiinte vii. Acesta este unul din motivele pentru care aceasta zona este intens studiata.

Lobul occipital reprezinta centrul de procesare vizuala la mamifere si contine cele mai multe regiuni anatomice ale cortexului vizual. Cortexul vizual primar este zona Broadmann 17, numita de obicei V1.

Lobul occipital este cel mai mic dintre cei patru lobi din cortexul cerebral uman. Structural, este izolat in emisferele cerebrale de o fisura cerebrala.

Functiile lobului occipital

Lobul occipital contine cortexul vizual primar. Senzorii retinei trimit stimulii prin tracturi optice pana in corpurile laterale geniculate, unde stimulii continua pana in cortexul vizual. Fiecare cortex vizual primeste informatii de la senzori de la retina, insa incrucisat. Zona Broadmann 17 primeste informatii vizuale de la retina contralaterala superioara reprezentand campul vizual inferior. Lingula primeste informatii de la retina contralaterala inferioara reprezentand campul vizual superior.

Celulele lobilor occipitali sunt aranjati precum o harta a spatiului. Daca lobul occipital este afectat duce la pierderea vederii. Leziunile pot provoca si diverse halucinatii.

Lobul occipital este impartit in mai multe parti. Fiecare zona visuala contine o harta completa a lumii vizuale. Desi nu exista separatori anatomici care sa diferentieze aceste zone (cu exceptie striatiile proeminente din cortexul striat), psihologii au impartit cortexul in mai multe regiuni dupa functia lor.

Prima zona este cortexul primar vizual. Contine detalii de nivel scazut a orientarii, frecventa si proprietatile culorilor. Cortexul vizual primar (V1) proiecteaza in zonele occipitale a canalului ventral (zona V2 si V4) si zonele occipitale ale canalului dorsal (zona V3 si V5).

Cortexul vizual primar V1

Cortexul vizual primar este aflat in lobul occipital si primeste informatiile direct din nucleii laterali geniculati.

Canalul dorsal este asociat cu miscarea, reprezentarea locatiilor obiectelor, controlul ochilor si mainilor, in special cand o informatie vizuala este folosita pentru a ghida sau a ajunge la ceva.

Canalul ventral incepe din cortexul primar vizual (V1), trece prin zona vizuala numita V2 pana la cortexul temporal inferior. Canalul ventral este asociat cu recunoasterea formelor si reprezentarea obiectelor.

Cortexul vizual primar este cea mai bine studiata zona vizuala din creier. La toate mamiferele este localizat in cortexul occipital, responsabil pentru procesarea stimulilor vizuali. Este cea mai simpla si cea mai veche zona vizuala corticala. Este specializata pentru a procesa informatia despre obiectele statice sau in miscare si in recunoasterea sabloanelor si formelor.

Cortexul vizual primar este impartit in 6 straturi distincte, numerotate de la 1 pana la 6. Stratul 4, care primeste cele mai multe informatii de la nucleii laterali geniculati este impartit si el in alte 4 straturi, numerotate 4A, 4B, 4C alfa si 4C beta.

Numarul neuronilor din cortexul vizual primar a fost estimat la 140 de milioane.

Ca si structura, aceasta zona este un „detector de caracteristici”. Celulele simple raspund la bare de lumina sau intuneric proiectate pe retina intr-un anumit loc si sub un anumit unghi. Celulele complexe sunt asemanatoare celulelor simple, insa stimulul nu trebuie sa fie proiectat intr-un anume fel. Acestea pot sa acopere mai multe campuri vizuale si sa genereze un raspuns. Celulele hipercomplexe raspund doar la bare de lumina de o anumita lungime si sunt integrate de la mai multe celule complexe.

Neuronii acestei zone raspund la anumite tipuri de stimulari vizuale. Pot raspunde la linii verticale, insa nu si la cele oblice sau orizontale din campul receptor. Acesti neuroni se numesc neuroni complecsi si neuroni hipercomplecsi.

Neuronii complecsi raspund la mai multi stimuli care au aceeasi orientare in camp, iar neuronii hipercomplecsi integreaza influxurile de la neuronii complecsi.

Rolul lor diferta in functie de stratul pe care se afla. Anumiti neuroni prelucreaza conturul grosier al stimulului iar altii prelucreaza coloana, textura si sablonul stimulului.

Cortexul prestriat V2

Zona vizuala V2, numita si cortexul prestriat este a doua mare regiune din cortexul vizual si prima regiune din zona asocierii vizuale. Primeste conexiuni de la V1 si trimite alte conexiuni puternice catre V3, V4 si V5. De asemenea, trimite raspunsuri si inapoi catre V1.

Din punct de vedere anatomic, V2 este impartita in 4 regiuni. Una dorsala si una ventrala in fiecare din cele doua emisfere cerebrale. Impreuna aceste 4 refiuni realizeaza o harta completa a lumii vizuale. Din punct de vedere functional, V2 are multe proprietati in comun cu V1. Celulele au proprietati de orientare, frecventa si culoare. Raspunsul multor neuroni din V2 sunt modulati de mai multe proprietati complexe, precum orientarea conturilor provocate de iluzii si identifica daca obiectul este parte din figura sau din fundal.

V2 este principala arie de asociere si centru al memoriei vizuale si are un rol in organizarea imaginii si in acomodare.

Cortexul vizual complex V3

Cortexul vizual complex se refera la regiunea cortexului localizata imediat in fata V2, ce include regiunea numita V3. Exista mici controverse cu privire la aceasta zona, unii cercetatori sustin ca mai contine inca doua sau chiar trei subdivizii functionale.

De exemplu, David Van Essen a propus existenta unui „V3 dorsal”, cu conexiuni distincte si a unui „V3 ventral”. In aceasta regiune se gasesc neuroni ce raspund la diferite combinatii de stimuli vizuali.

V3 dorsal este considerat ca facand parte din canalul dorsal, primind intrari de la V2 si de la zona primara vizuala, proiectand in cortexul parietal posterior. Din punct de vedere anatomic este localizat in zona 19 Broadmann.

Cercetarile recente au aratat ca zonele V3 si V3A joaca un rol important in procesarea miscarii dar si in recunoasterea formelor.

V3 ventral are conexiuni mult mai slabe de la zona vizuala primara si conexiuni mai puternice cu cortexul temporal inferior.

Aici se formeaza fibrele motorii care se proiecteaza subcortical. Au un rol important in vederea stereoscopica (orientarea spatiala, perceperea formelor, imaginea corpului, miscarea in profunzime si localizarea imaginilor).

Zona vizuala V4

Este aflata in partea anterioara a V2 si cuprinde cel putin 4 regiuni: stanga si dreapta (V4 dorsal) si stanga si dreapta (V4 ventral).

Aceasta regiune primeste informatii de la V2 si trimite conexiuni puternice catre zona Gyrus temporal inferior. Primeste intrari directe si de la V1 si are conexiuni slabe cu V5.

V4 este zona din canalul ventral ce arata o modulatie de atentie puternica. Majoritatea studiilor au indicat ca atentia selectiva isi poate schimba potentialul de actiune cu 20% in V4.

La fel ca si V1, V4 este proiectat pentru orientare, frecventa si culoare. Spre deosebire de V1, V4 este proiectat pentru a detecta elementele obiectelor, insa nu poate realiza recunoasteri complexe precum fetele oamenilor.

Potentialul de actiune al zonei V4 este descris pentru prima data de Semir Zeki in anii 70. Zeki a spus ca scopul zonei V4 este acela de a procesa culoarea, dar si forma obiectelor. Studiile recente au aratat ca V4 manifesta plasticitate, codeaza stimulii si joaca un rol in campul atentiei. Are un rol important in perceptia colorata.

Zona vizuala V5

Aceasta regiune joaca un rol major in perceptia miscarii si ghideaza unele miscari ale ochilor. Zona vizuala V5 se ocupa cu perceperea formelor in miscare.

V5 este conectata cu o serie de alte zone corticale si subcorticale. Intrarile sale provin din zonele vizuale corticale V1, V2, V3 dorsal si zona pulvinara inferioara. V1 ofera cele mai importante informatii catre V5. Neuronii din aceasta regiune sunt capabili sa raspunda la informatia vizuala chiar daca V1 este distrus sau este inactiv. Cercetarile realizate de Semir Zeki si colaboratorii sai au aratat ca anumite tipuri de informatie vizuala pot ajunge in V5 inainte sa ajunga in V1.

V5 trimite informatii in zonele imediat inconjuratoare din cortex.

Primele studii ale proprietatilor neuronilor din V5 au aratat ca o mare parte din celulele de aici se concentreaza asupra miscarii, directiei si vitezei stimulilor vizuali. Aceste rezultate au sugerat ca V5 joaca un rol semnificand in procesarea miscarii vizuale.

Si neuronii din V1 se ocupa de directia si viteza obiectelor in miscare, lucru ce a dat nastere unor intrebari: ce poate face V5 si nu poate V1?

O leziune a zonei V5 duce la o grea percepere a miscarii si a procesarii stimulilor complecsi. Contine multi neuroni selectivi pentru miscare si elemente vizuale (finalul liniilor, colturilor etc). Microstimularea unui neuron locat in V5 afecteaza perceptia miscarii. De exemplu, daca am gasi un neuron cu preferinta catre miscarea inainte si am folosi un electrod pentru a-l stimula, atunci pacientul ar raporta o miscare „inainte”.

Exista insa multe controverse asupra acestei zone, iar unii cercetatori sustin ca detectarea miscarii este deja disponibila la nivele mai joase precum V1.

Cortexul vizual secundar

Cortexul vizual secundar include functii precum recunoasterea formei obiectelor, culorii etc. Canalul ventral este implicat in miscare, pozitie si in construirea imaginii 3 dimensionale. Aceste zone ar putea fi si locul memoriilor vizuale si ale perceptiei.

Cortexul vizual secundar este implicat in asocierea imaginilor si ne poate spune ce obiect privim, iar canalul ventral ne raspunde la intrebarea „unde se afla?” in spatiu.

Articol tradus si adaptat din wikipedia