Peneliti di MIT telah memetakan sirkuit otak yang sebelumnya kurang dihargai yang mengubah cara informasi visual diproses tergantung pada tingkat gairah dan gerakan hewan. Dalam studi pada tikus, mereka menunjukkan bahwa korteks prefrontal mengirim sinyal umpan balik khusus ke wilayah visual dan motorik, memperketat atau melonggarkan representasi visual sesuai dengan keadaan perilaku, seperti dilaporkan di Neuron.
Penglihatan bukan hanya perekaman pasif dari dunia luar tetapi dibentuk secara aktif oleh keadaan internal, menurut penelitian baru dari MIT.
Dalam pekerjaan yang dirangkum oleh Picower Institute di MIT, studi tersebut melaporkan bahwa korteks prefrontal —pusat utama untuk kontrol eksekutif— mengirim sinyal yang disesuaikan ke korteks visual primer (VISp) dan korteks motorik primer (MOp) pada tikus.
Sinyal-sinyal ini menyesuaikan cara wilayah-wilayah tersebut beroperasi berdasarkan faktor seperti seberapa waspada hewan tersebut dan apakah sedang bergerak, baik mempertajam atau meredam detail visual untuk memprioritaskan informasi yang relevan.
Tim, yang dipimpin oleh peneliti pascadoktor Sofie Ährlund-Richter, dengan penulis senior Mriganka Sur, Profesor Paul and Lilah Newton di The Picower Institute for Learning and Memory dan Departemen Brain and Cognitive Sciences MIT, fokus pada dua subwilayah prefrontal: korteks orbitofrontal (ORB) dan area cingulate anterior (ACA).
Menurut laporan ScienceDaily tentang pekerjaan tersebut, baik ORB maupun ACA menyampaikan informasi tentang gairah dan gerakan ke VISp dan MOp, tetapi efeknya berbeda. Gairah yang lebih tinggi meningkatkan kecenderungan ACA untuk membantu VISp mempertajam representasi visual, terutama untuk stimulus yang lebih tidak pasti atau sulit dideteksi. ORB menjadi berpengaruh hanya ketika gairah sangat tinggi, dan keterlibatannya tampak mengurangi kejelasan pengkodean visual, berpotensi meredam respons terhadap stimulus kuat tetapi kurang relevan.
"Kedua subwilayah PFC ini semacam saling menyeimbangkan," kata Ährlund-Richter. "Sementara satu akan meningkatkan stimulus yang mungkin lebih tidak pasti atau sulit dideteksi, yang lain semacam meredam stimulus kuat yang mungkin tidak relevan."
Untuk memetakan jalur-jalur ini, Ährlund-Richter melakukan pelacakan anatomi rinci dari koneksi ACA dan ORB ke VISp dan MOp. Dalam eksperimen tambahan, tikus berlari di roda sambil melihat gambar terstruktur atau film naturalistik pada tingkat kontras berbeda, dan hembusan udara singkat digunakan untuk meningkatkan gairah.
Sepanjang tugas-tugas ini, para peneliti merekam aktivitas saraf di ACA, ORB, VISp, dan MOp, dengan perhatian khusus pada sinyal yang berjalan di sepanjang akson yang menghubungkan area prefrontal dan posterior. Pekerjaan pelacakan menunjukkan bahwa ACA dan ORB masing-masing berkomunikasi dengan berbagai jenis sel di wilayah targetnya dan mengikuti pola spasial yang berbeda: di VISp, ACA terutama menarget lapisan 6, sementara ORB berkomunikasi terutama dengan neuron di lapisan 5.
Ketika tim memeriksa informasi yang ditransmisikan dan aktivitas saraf, muncul beberapa pola. Neuron ACA menyampaikan informasi visual yang lebih rinci daripada neuron ORB dan lebih responsif terhadap perubahan kontras. Aktivitas ACA juga sangat mengikuti tingkat gairah, sedangkan ORB hanya merespons ketika gairah mencapai ambang batas yang relatif tinggi. Saat memberi sinyal ke MOp, kedua wilayah prefrontal membawa informasi tentang kecepatan lari; saat memberi sinyal ke VISp, mereka memberi tahu apakah tikus sedang bergerak atau diam, dan mereka juga membawa sinyal terkait gairah dan sedikit detail visual ke MOp.
Untuk menguji bagaimana komunikasi ini membentuk pemrosesan visual, para ilmuwan sementara memblokir jalur umpan balik dari ACA dan ORB ke VISp lalu mengukur bagaimana neuron VISp merespons tanpa input tersebut. Mereka menemukan bahwa ACA dan ORB memberikan pengaruh spesifik dan berlawanan pada pengkodean visual yang tergantung pada gerakan tikus dan tingkat gairahnya.
"Itulah kesimpulan utama makalah ini: Ada proyeksi yang ditargetkan untuk dampak yang ditargetkan," kata Sur dalam akun Picower Institute tentang temuan tersebut. Para penulis menulis bahwa data mereka mendukung model umpan balik prefrontal yang spesialis pada tingkat subwilayah prefrontal dan targetnya, memungkinkan setiap wilayah untuk membentuk aktivitas kortikal spesifik target secara selektif daripada memodulasinya secara global.
Selain Ährlund-Richter dan Sur, tim penelitian termasuk Yuma Osako, Kyle R. Jenks, Emma Odom, Haoyang Huang, dan Don B. Arnold. Menurut ringkasan ScienceDaily, pekerjaan ini didukung oleh Wenner-Gren foundations Postdoctoral Fellowship, National Institutes of Health, dan Freedom Together Foundation.
Studi berjudul "Distinct roles of prefrontal subregion feedback to the primary visual cortex across behavioral states" diterbitkan di Neuron pada 2025.