Optomotorisia kokeita hyönteisellä pimeässä virtuaaliympäristössä

Väitöstutkimuksessa selvitettiin, kuinka pimeässä valaistuksessa sokeritorakka (Periplaneta americana) pystyy käyttämään näköaistiaan käyttäytymisensä ohjaamiseen, ja mikä on torakan pistesilmien eli okellien vaikutus näköohjattuun käyttäytymiseen hämärässä. Tutkimuksessa käytettiin hyönteisiä varten rakennettua virtuaalitodellisuussimulaattoria, jossa muiden aistien kuin näön vaikutus hyönteisen käyttäytymiseen voidaan karsia pois.

Näköaistin toiminnan mittaamiseen käytettiin optomotoriseen reaktioon perustuvia käyttäytymiskokeita. Optomotorinen reaktio on näköohjattu käyttäytymisrefleksi, jonka aikana eläin reagoi ympäristönsä pyörivään liikkeeseen seuraamalla liikettä joko silmillään tai hyönteisten tapauksessa kiertämällä koko kehoaan liikkeen suuntaan.

Kokeissa torakka asetettiin liikkumissuuntaa ja -nopeutta mittaavan laitteen päällä virtuaalisimulaattoriin. Torakan ympärille heijastettiin vaakasuunnassa pyörivä ärsykekuvio, jonka liikkeen nähdessään torakka reagoi optomotorisella vasteella. Torakan kulkusuunnan määrittäminen ärsykekuvion liikkuessa useissa hämärissä valaistuksen tasoissa paljasti alimman valotason, jolla torakka vielä pystyy käyttämään näköaistiaan käyttäytymisensä ohjaamiseen. Verkkosilmien näköaistinsolujen synnyttämät sähköiset vasteet tällä valotasolla koostuivat yksittäisten fotonien absorption aiheuttamista, bumpseiksi kutsutuista alkeisvasteista, jollainen syntyi kussakin solussa noin kymmenen sekunnin välein.

Pistesilmien vaikutusta torakan hämärännäköön tutkittiin virtuaalisimulaattorissa peittämällä torakoilta joko verkkosilmät, pistesilmät tai molemmat silmäparit. Pistesilmien havaittiin olevan valaistusmittareita, joiden tuottama signaali säätää verkkosilmien toimintaa valaistukseen sopivaksi. Pistesilmät vaikuttavat lisäksi suoraan torakan yleiseen aktiivisuustasoon.

Väitöstutkimuksen tulokset rajaavat hyönteisaivoista hämäränäön mekanismien tutkimukselle hyödyllisiä näköaistitiedon käsittelyalueita, mutta herättävät myös kokonaan uusia kysymyksiä hämäränäkemiseen liittyvän tiedonkäsittelyn mekanismeista hermostossa. Lisäksi tuloksia voidaan soveltaa teknisten hämäränäkösovellusten suunnitteluun.