В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые из Берлинского медицинского университета Шарите (Charité — Universitätsmedizin Berlin) выявили точные связи между сенсорными нейронами внутри сетчатки и верхним двухолмием (структурой среднего мозга).
Новизна исследования
В новом исследовании ученые описывают фундаментальный принцип, общий для зрительных систем млекопитающих и птиц. Для обработки зрительных стимулов имеют решающее значение 2 структуры головного мозга: зрительная кора в первичной коре головного мозга и верхний бугорок, структура в среднем мозге. Зрение и обработка зрительной информации включают очень сложные процессы. Проще говоря, зрительная кора отвечает за общее зрительное восприятие, тогда как структуры эволюционно более старого среднего мозга отвечают за рефлекторное поведение, управляемое зрительно.
Актуальность исследования
Основной целью исследовательской группы является дальнейшее улучшение понимания нервных клеток, участвующих в зрительной системе. Остается много вопросов без ответов, в том числе подробности того, как визуальная информация обрабатывается в верхних двухолмиях среднего мозга. Ганглиозные клетки сетчатки, сенсорные клетки, находящиеся внутри сетчатки глаза, реагируют на внешние зрительные раздражители и отправляют полученную информацию в мозг. Прямые сигнальные пути гарантируют, что визуальная информация, полученная нервными клетками сетчатки, также достигает среднего мозга.
«Что до сих пор оставалось в значительной степени неизвестным, так это способ, которым нервные клетки в сетчатке и нервные клетки в среднем мозге связаны на функциональном уровне», — объясняет автор исследования Йенсом Кремков (Jens Kremkow). «Эта информация имеет решающее значение для понимания механизмов, участвующих в обработке среднего мозга».
Материалы и методы исследования
До сих пор было невозможно измерить активность синаптически связанных нейронов сетчатки и среднего мозга в живых организмах. Для своего последнего исследования ученые разработали метод, основанный на измерениях, полученных с помощью инновационных электродов высокой плотности, известных как датчики Neuropixels. Зонды Neuropixels — относительно недавняя разработка, представляющая следующее поколение электродов. Плотно заполненные точками записи, датчики Neuropixels используются для регистрации активности нервных клеток. Состоящие из 384 электродов для одновременной регистрации электрической активности нейронов в головном мозге, эти устройства изменили правила игры в области неврологии.
«Обычно этот тип электрофизиологической записи измеряет электрические сигналы от потенциалов действия, которые возникают в соме, теле клетки нейрона», — объясняет Йенс Кремков. «Однако в наших записях мы заметили сигналы, внешний вид которых отличался от обычных потенциалов действия. Мы продолжили исследовать причину этого явления и обнаружили, что входные сигналы в среднем мозге были вызваны потенциалами действия, распространяющимися в ветвях аксонов».
Как визуальная информация перемещается от сетчатки к среднему мозгу
Результаты исследования показывают, что новая технология массива электронов может использоваться для записи электрических сигналов, исходящих из аксонов, отростков нервных клеток, которые передают нейронные сигналы. Впервые в мире ученые смогли одновременно зафиксировать активность нервных клеток в сетчатке и их синаптически связанных нейронов-мишеней в среднем мозге. До сих пор функциональная связь между органом зрения и средним мозгом оставалась неизвестной величиной. Исследователи смогли показать на уровне одной клетки, что пространственная организация входных сигналов от ганглиозных клеток сетчатки в среднем мозге представляет собой очень точное представление исходного входного сигнала сетчатки.
Авторы другого исследования обнаружили новый тип нервных клеток в сетчатке глаза.
