Optinės informacijos apdorojimas akies tinklainėje, kurioje yra šviesai jautrūs fotoreceptoriai ir pirmosios nervinės ląstelės, yra vienas iš daugiausiai energijos reikalaujančių procesų organizme, ypač atsižvelgiant į mažą santykinį tinklainės svorį. .
Daugiau nei 50 metų vadinamoji „efektyvaus kodavimo hipotezė“ nulėmė mokslinį regėjimo procesų akyje supratimą. Jame teigiama, kad tinklainės užduotis yra kuo efektyviau apdoroti vaizdinę informaciją, kad būtų taupomi energijos ištekliai. Tai reiškia, kad kuo mažiau nervinių ląstelių turi būti aktyvios tuo pačiu metu, kai reikia gaminti elektrinius signalus, skirtus vaizdinei informacijai perduoti į smegenis.
Timo Gollischo, Getingeno universiteto medicinos centro (UMG, Vokietija) Oftalmologijos katedros vadovo, mokslininkų komanda dabar išsiaiškino, kad veiksmingo kodavimo hipotezė netaikoma visoms nervinėms ląstelėms. akis. Daugelio ląstelių atveju tyrėjai tinklainės audinių preparatuose galėjo pastebėti, kad ištisos ląstelių grupės dažnai yra aktyvios tuo pačiu metu.
Atrodo, kad ši koordinuota nervų ląstelių sąveika prieštarauja efektyviam ir energiją taupančiam informacijos perdavimui, nes atskiros ląstelės perduoda tuos pačius signalus. Tyrėjai sugebėjo parodyti, kad bendras ląstelių aktyvumas vyksta ne atsitiktinai, o tam tikros ląstelių grupės suaktyvėja tuo pačiu metu, kai į regėjimo lauką patenka didelio kontrasto vaizdai arba stebimi judesiai tam tikromis kryptimis. .
„Šis koordinuotas nervų ląstelių bendradarbiavimas gali padėti smegenims atskirti ypač svarbius optinius signalus, tokius kaip kontrasto ar judėjimo atpažinimas, nuo kitų mažiau svarbių poveikių, tokių kaip ryškumo pokyčiai, pavyzdžiui, kai debesis juda priešais saulė, todėl viskas šiek tiek tamsesnė.
„Kita vertus, atrodo, kad ląstelių grupės užtikrina energijos vartojimo efektyvumą, ypač trumpai reaguodamos į atitinkamus jutimo dirgiklius“, – sako paskutinis tyrimo autorius prof. Gollischas.
„Išvados suteikia galimybę gydyti aklumą. Tai ypač pasakytina apie aklumą, kurį sukelia degeneracijos procesai, pavyzdžiui, kai miršta tinklainės fotoreceptoriai. Jie sugeria šviesą iš aplinkos ir paverčia ją elektriniais signalais, kuriuos perduoda nervines ląsteles į smegenis, kad apdorotų vaizdinę informaciją.
„Kai fotoreceptoriai miršta, signalas per atitinkamas nervines ląsteles nebeperduodamas. Jei šios nervinės ląstelės aktyvinamos dirbtinai, ty regos protezu, svarbu sužadinti tinkamai koordinuotą nervinių ląstelių veiklą, kad smegenys gautų signalus yra kuo tikroviškesni, kad juos teisingai interpretuotų“, – sako buvęs UMG Oftalmologijos katedros doktorantas daktaras Dimokratis Karamanlis. tyrimo autorius.
Šie rezultatai buvo paskelbti m Gamta.
Fonas
Vienas iš efektyvaus kodavimo hipotezės pagrindų yra pastebėjimas, kad, pavyzdžiui, žiūrint į didelį baltą paviršių, daugiausia aktyvios nervinės ląstelės yra tos, kurios suvokia paviršiaus ribas. Ląstelės, atpažįstančios paviršiaus „vidų“, yra slopinamos savo veikloje, kad būtų taupoma energija. Tai, kad paviršiaus vidus, ty tarp ribų, taip pat yra baltas, smegenys taip pat gali išspręsti be šių signalų.
Tačiau gamtoje sunku rasti didelių baltų sričių, kurios ilgą laiką yra regėjimo lauke. Todėl mokslininkai išbandė, kaip tinklainės audinių mėginiai reaguoja į natūralias nuotraukas. Norėdami tai padaryti, nuotraukos buvo suprojektuotos ant mėginių ir perkeltos taip, kad atitiktų natūralius akių judesius.
Vienu metu matuodami daugelio nervinių ląstelių elektrinį aktyvumą, mokslininkai sugebėjo parodyti, kad tam tikros ląstelių klasės gerai laikosi efektyvaus kodavimo hipotezės ir reaguoja atskirai viena nuo kitos. Kita vertus, kitos žinomos ląstelių klasės nesilaiko hipotezės ir linkusios tapti aktyvios kartu.
Outlook
Tyrimo išvados bus tiesiogiai įtrauktos į naujų gydymo metodų kūrimą neseniai įkurtame Else Kröner Fresenius optogenetinės terapijos centre Getingene. Esant tam tikroms aklumo formoms, šviesai jautrūs baltymai turi būti įvedami į akių nervines ląsteles, kad šios ląstelės suaktyvintų šviesą.
„Rezultatai padės mums suprasti, kokie ląstelių veiklos modeliai yra būtini tam, kad būtų atpažįstami tam tikri vizualiniai įspūdžiai. Tada terapijos kūrimo tikslas bus dirbtinai generuoti šiuos modelius”, – sako tyrime dalyvaujantis prof. Gollischas. naujas centras. Atitinkami tyrimai su pacientais Getingene turi prasidėti po kelerių metų.
Teikia Universitätsmedizin Göttingen – Georg-August-Universität