Polští vědci objasnili, jak mozek díky zpětné vazbě stabilizuje zrakové vnímání

Vědecký tým pod vedením Dr. Mehdiho Borjkhaniho z Mezinárodního centra pro translaci očního výzkumu (ICTER), fungujícího při Polské akademii věd, zveřejnil 21. září 2026 studii, která se zabývá otázkou, jak si mozek udržuje stabilní zrakové vnímání navzdory neustálému kolísání aktivity jednotlivých neuronů. Výzkum vznikl v prostorách Institutu fyzikální chemie Polské akademie věd a přináší nový pohled na mechanismy, které za touto stabilitou stojí.

Základním problémem, který si vědci kladli, byla otázka, proč lidské vnímání zůstává konzistentní, i když jednotlivé neurony v zrakové kůře vykazují značnou variabilitu ve své odpovědi na tentýž podnět. Tým vytvořil minimalistický matematický model, označovaný jako E-I-M, který zahrnuje tři základní funkční populace neuronů: excitační pyramidové neurony, rychlé inhibiční PV+ interneurony a pomalejší modulující vstupy. Tento zjednodušený, ale funkčně věrný model umožnil vědcům sledovat, jak se jednotlivé složky neuronové sítě vzájemně ovlivňují a jak přispívají k celkové stabilitě systému.

Klíčovým zjištěním studie je, že přírodní inhibiční a homeostatické zpětnovazební smyčky dokážou výrazně snížit variabilitu neuronové aktivity, a to až o 93 procent. Konkrétně se variabilita v modelu snížila z hodnoty 0,325 na pouhých 0,024 poté, co byly do systému zavedeny biologické zpětné vazby. Tento výsledek naznačuje, že mozek nespoléhá na náhodné zprůměrování mnoha neuronů, ale aktivně reguluje svou vlastní vnitřní dynamiku pomocí sofistikovaných regulačních mechanismů.

Model zároveň prokázal schopnost udržet funkční orientační selektivitu i za chaotických podmínek, kdy dosáhl průměrného indexu orientační selektivity (OSI) 0,38 ± 0,09. To znamená, že i v prostředí s vysokou mírou nepředvídatelnosti a šumu byl systém schopen zachovat schopnost rozlišovat orientaci vizuálních podnětů, což je jedna ze základních funkcí zrakové kůry.

Dr. Borjkhani k výsledkům studie uvedl: Stabilní vnímání není statický, pasivní stav, ale aktivní, kontinuální homeostatický vyvažovací akt. Tato formulace shrnuje ústřední myšlenku výzkumu – že to, co vnímáme jako plynulý a neměnný obraz světa kolem nás, je ve skutečnosti výsledkem neustálého, dynamického procesu vyvažování mezi excitací a inhibicí v neuronových sítích.

Výzkumníci upozorňují, že tato zjištění mohou mít významné důsledky i pro klinickou neurologii. Poruchy rovnováhy mezi excitačními a inhibičními procesy v mozku jsou spojovány s celou řadou neurologických a psychiatrických onemocnění, mezi něž patří například epilepsie a schizofrenie. Pokud se totiž homeostatické mechanismy, které podle nové studie hrají klíčovou roli ve stabilizaci neuronové aktivity, naruší nebo selžou, může to vést právě k poruchám, při nichž dochází k nadměrné synchronizaci neuronové aktivity nebo naopak k jejímu chaotickému kolísání, jak je pozorováno u epileptických záchvatů či některých symptomů schizofrenie.

Model E-I-M tak nabízí vědcům nový nástroj pro pochopení toho, jak drobné poruchy v regulačních smyčkách mohou vést k rozsáhlým funkčním dysfunkcím v mozkové činnosti. Vzhledem k tomu, že model je matematicky minimalistický, ale zahrnuje klíčové biologicky relevantní komponenty, může sloužit jako základ pro další, komplexnější simulace, které by mohly pomoci lépe pochopit patofyziologii zmíněných onemocnění a případně přispět k vývoji nových terapeutických přístupů.

Studie týmu z ICTER tak přináší důležitý příspěvek k porozumění tomu, jak mozek dosahuje stability svého vnímání navzdory vnitřní nestabilitě jednotlivých neuronů. Ukazuje, že klíčovou roli v tomto procesu hrají nejen rychlé inhibiční mechanismy zprostředkované PV+ interneurony, ale i pomalejší modulující vstupy, které společně vytvářejí robustní systém schopný udržet funkční výkon i v podmínkách vysoké variability a šumu. Výsledky výzkumu, publikované koncem září, tak otevírají prostor pro další studie zaměřené na propojení základního výzkumu neuronové dynamiky s klinickou praxí v oblasti neurologických poruch.