Eisspeedway

Användare:Son of Henrik/Lateral inhibition

Längs gränsen mellan intilliggande nyanser av grått i Mach bands -illusionen gör lateral hämning att det mörkare området verkar ännu mörkare och det ljusare området verkar ännu ljusare än det egentligen är.

Inom neurobiologi är lateral hämning förmågan hos en exciterad neuron att minska aktiviteten hos intilliggande neuroner. Lateral inhibering påverkar spridningen av aktionspotentialer från exciterade neuroner till angränsande neuroner i lateral riktning. Detta skapar en kontrast i stimuleringen som möjliggör ökad sensorisk perception. Det kallas också lateral antagonism och förekommer främst i visuella processer, men också i känsel, hörsel och även luktsinnet. [1] Celler som använder lateral hämning förekommer främst i hjärnbarken och thalamus och utgör laterala hämmande nätverk (LIN). [2] Artificiell lateral hämning har införlivats i artificiella sensoriska system, såsom synkretsar, [3] hörselsystem, [4] och optiska möss. [5] [6] En ofta underskattad poäng är att även om lateral hämning visualiseras i en rumslig mening, tros den också existera i vad som kallas "lateral hämning över abstrakta dimensioner." Detta hänvisar till lateral hämning mellan neuroner som inte är intilliggande i en rumslig mening, utan i termer av stimulansmodalitet. Detta fenomen tros bidra till förmågan till färgåtskillnad. [7]

Optisk illusion orsakad av lateral hämning: Hermann grid illusion

Begreppet neural hämning (i motoriska system) var välkänt för Descartes och hans samtida. [8] Sensorisk hämning i synsystemet antogs av Ernst Mach 1865 som den framgår av hans Machband . [9] [10] Hämning i enstaka sensoriska neuroner upptäcktes och undersöktes med början 1949 av Haldan K. Hartline när han använde algoritmer för att uttrycka effekten av Ganglion-receptiva fält. Hans algoritmer hjälper också till att förklara experimentet utfört av David H. Hubel och Torsten Wiesel som uttryckte en variation av sensorisk bearbetning, inklusive lateral hämning, inom olika arter. [11]

1956 återupptog Hartline studierna av lateral hämning i ögon från hästskokrabba ( Limulus polyphemus ) under ett experiment utfört med hjälp av Henry G Wagner och Floyd Ratliff. Hartline utforskade anatomin hos ommatidia i hästskokrabban på grund av deras liknande funktion och fysiologiska anatomi som fotoreceptorer i det mänskliga ögat. Dessutom är de mycket större än fotoreceptorer hos människan, vilket gjorde dem mycket lättare att studera. Hartline kontrasterade svarssignalen från ommatidium när en enda koncentrerad ljusstråle riktades mot en receptorenhet i motsats till tre omgivande enheter. [12] Han stödde vidare sin teori om lateral hämning eftersom svarssignalen för en enhet var starkare när de omgivande enheterna inte exponerades för ljus. [13]

Sensorisk hämning

Ett stimuli som påverkar alla tre nervcellerna, men som påverkar B starkast eller först, kan skärpas om B skickar sidosignaler till grannarna A och C att inte signalera och därigenom hämmar dem. Lateral hämning används vid syn för att öka skärpan på signaler till hjärnan (rosa pil).

Georg von Békésy, i sin bok Sensory Inhibition, [14] utforskar ett brett spektrum av hämmande fenomen i sensoriska system och tolkar dem i termer av ökad skärpa.

Visuell hämning

Lateral hämning ökar kontrasten och skärpan på synintryck. Detta fenomen finns inbyggt redan i däggdjursnäthinnan. I mörker kommer en liten ljusstimulans att förstärka de olika fotoreceptorerna ( stavceller ). Stavarna i mitten av stimulansen kommer att omvandla "ljus"-signalen till hjärnan, medan olika stavar på utsidan av stimulansen kommer att skicka en "mörk" signal till hjärnan på grund av lateral hämning från horisontella celler . Denna kontrast mellan ljust och mörkt skapar en skarpare bild. (Jämför oskarp maskering i digital bearbetning). Denna mekanism skapar också Mach-bandets visuella effekt.

Visuell lateral hämning är den process där fotoreceptorceller hjälper hjärnan att uppfatta kontrast i en bild. Ljus kommer in i ögat genom att passera genom hornhinnan, pupillen och linsen (optik) . [15]

Taktil hämning

Sensorisk information som samlas in av det perifera nervsystemet överförs till specifika områden av det primära somatosensoriska området i parietalloben enligt dess ursprung på någon given del av kroppen. För varje neuron i det primära somatosensoriska området finns det en motsvarande region av huden som stimuleras eller hämmas av den neuronen. [16] De regioner som motsvarar en viss plats i somatosensoriska hjärnbarken kan åskådliggöras som en så kallad homonculus . Denna region av huden kallas neuronets mottagliga fält . De mest känsliga områdena i kroppen har den största representationen i ett givet kortikalt område och de har också de minsta mottagliga fälten. Läpparna, tungan och fingrarna är exempel på områden med extra hög känslighet. [16] Varje receptivt fält är sammansatt av två regioner: en central excitatorisk region och en perifer hämmande region. Ett helt receptivt fält kan överlappa med andra receptiva fält, vilket gör det svårt att skilja mellan närliggande stimuli, men lateral hämning hjälper till att minska överlappningen. [17] När ett område av huden berörs aktiveras den centrala excitatoriska regionen och den perifera regionen hämmas, vilket skapar en kontrast i känslan och tillåter sensorisk precision. Personen kan sedan peka ut exakt vilken del av huden som berörs. Vid aktivering kommer bara de neuroner som är mest stimulerade och minst hämmade att avfyras, så avfyringsmönstret tenderar att koncentreras vid stimulustoppar. Denna förmåga blir mindre exakt när stimulering rör sig från områden med små mottagliga fält till större mottagliga fält, t.ex. från fingertopparna till underarmen eller överarmen. [16]

Auditiv hämning

Likheter mellan sensoriska processer i huden och det auditiva systemet tyder på att lateral hämning kan spela en roll i den auditoriska processen. Basilarmembranet i snäckan har fält som liknar fälten i huden och ögonen. Dessutom har närliggande celler i hörselbarken närliggande specifika frekvenser som får dem att avfyras, vilket skapar en karta över ljudfrekvenser som liknar den somatosensoriska cortexen. [18] Lateral hämning i tonotopiska kanaler kan hittas i colliculus inferior och vid högre nivåer av auditiv bearbetning i hjärnan. Den roll som lateral hämning spelar för hörseln är dock oklar. Vissa forskare menar att lateral hämning kan spela en roll för att skärpa rumsuppfattning eller tidsskillnader i hörselintrycken, [19] Andra föreslår att den spelar en viktig roll vid bearbetning av låga eller höga toner.

Lateral hämning kan också spela en roll för att dämpa tinnitus . Tinnitus kan uppstå när skador på snäckan skapar en större minskning av hämning än excitation, vilket gör att neuroner kan skapa ljud utan att något ljud faktiskt når örat. [20] Om de ljudfrekvenser som bidrar till hämning mer än excitation produceras kan tinnitus dämpas. [20] Bevis stödjer upptäckten att högfrekventa ljud är bäst för hämning och därför bäst för att minska vissa typer av tinnitus.

Se även

Referenser

  1. ^ Yantis (2014). Sensation and Perception. 
  2. ^ Shamma. Speech processing in the auditory system II: Lateral inhibition and the central processing of speech evoked activity in the auditory nerve. 
  3. ^ Alireza Moini (2000). Vision Chips. https://books.google.com/books?id=iuxqcj7IwbYC&q=lateral-inhibition+vision+chips&pg=PA19. 
  4. ^ Artificial neural networks: ICANN 96: 1996 international conference, Bochum, Germany, July 16-19, 1996: proceedings. 1996. https://books.google.com/books?id=gp6wX1J4FFoC&q=lateral-inhibition+electronic+cochlea&pg=PA679. 
  5. ^ Alireza Moini (1997). ”Vision Chips”. Vision Chips. http://sl-div-bi-pb.web.cern.ch/sl-div-bi-pb/PrivatePBpage/Electronics/Electronics-Misc/Vision/vis_new.pdf. 
  6. ^ Richard F. Lyon (1981), The Optical Mouse and an Architectural Methodology for Smart Digital Sensors, http://dicklyon.com/tech/OMouse/OpticalMouse-Lyon.pdf 
  7. ^ RHS Carpenter (1997). Neurophysiology. 
  8. ^ Marcus Jacobson (1993). Foundations of neuroscience. https://books.google.com/books?id=iFXBY299ikgC&q=Lateral%20inhibition%20descartes&pg=PA277. 
  9. ^ Yantis. Sensation and perception. 
  10. ^ G. A. Orchard (1991). Neural computation: a beginner's guide. https://books.google.com/books?id=Hpfhp72P2bEC&q=Lateral%20inhibition%20ernst%20mach&pg=PA26. 
  11. ^ Brain theory: reprint volume. 1988. 
  12. ^ Goldstein, E. Bruce. Sensation and perception. 
  13. ^ Hartline, Haldan K.; Henry G Wagner; Floyd Ratliff (20 May 1956). ”Inhibition in the eye of Limulus”. The Journal of General Physiology. 5 39 (5): sid. 651–671. doi:10.1085/jgp.39.5.651. PMID 13319654. 
  14. ^ Georg Von Békésy. Sensory Inhibition. 
  15. ^ Heller, Morton A.; Edouard Gentaz (Oct 2013). Psychology of Touch and Blindness. Taylor and Francis. Sid. 20–21. ISBN 9781134521593. 
  16. ^ [a b c] Heller, Morton A. (2013). Psychology of Touch and Blindness. New York, NY: Taylor and Francis. Sid. 20. 
  17. ^ Fox, Kevin (2008). Barrel Cortex. New York: Cambridge University Press. Sid. 127. 
  18. ^ Bernstein, Douglas A.. Psychology. Houghton Mifflin Company. ISBN 9780618824311. 
  19. ^ Shamma, Shihab A. (3 January 1985). Speech processing in the auditory system II: Lateral inhibition and the central processing of speech evoked activity in the auditory nerve. sid. 1622–32. 
  20. ^ [a b] Moller, Aage R. (2011). Textbook of Tinnitus. New York, NY: Springer. Sid. 96. https://archive.org/details/textbooktinnitus00mlle. 

Externa länkar