Ученые показали, как визуальная информация передается от сетчатки к среднему мозгу

Исследователи из Берлинского медицинского университета и Института биологического интеллекта имени Макса Планка выявили точные связи между сенсорными нейронами сетчатки глаза и верхним колликулом, структурой в среднем мозге.

Нейропиксельные зонды — относительно недавняя разработка, представляющая собой следующее поколение электродов. Плотно упакованные точками записи, нейропиксельные зонды используются для регистрации активности нервных клеток и внесли свой вклад в понимание нейронных цепей. В статье журнала Nature Communications исследователи описывают фундаментальный принцип, который является общим для зрительных систем млекопитающих и птиц.

Две структуры мозга имеют решающее значение для обработки зрительных стимулов: зрительная кора в первичной коре и верхний колликулус, структура в среднем мозге. Зрение и обработка визуальной информации включают в себя очень сложные процессы. Проще говоря, зрительная кора отвечает за общее зрительное восприятие, в то время как структуры эволюционно более древнего среднего мозга отвечают за зрительно управляемое рефлекторное поведение.

Механизмы и принципы обработки изображений в зрительной коре хорошо известны. Работа, проводимая группой исследователей под руководством д-ра Йенса Кремкова, внесла вклад в наши знания в этой области, кульминацией которого стало создание в 2017 году младшей исследовательской группы Эмми Незер в Исследовательском центре неврологии Шарите (NWFZ). Основной целью исследовательской группы является дальнейшее улучшение нашего понимания нервных клеток, участвующих в работе зрительной системы. Многие вопросы остаются без ответа, включая детали того, как визуальная информация обрабатывается в верхних колликулах среднего мозга.

Ганглиозные клетки сетчатки, сенсорные клетки сетчатки, реагируют на внешние зрительные стимулы и посылают полученную информацию в мозг. Прямые сигнальные пути гарантируют, что визуальная информация, полученная нервными клетками сетчатки, также достигает среднего мозга.

«До сих пор оставалось неизвестным, как нервные клетки сетчатки и нервные клетки среднего мозга связаны между собой на функциональном уровне. Отсутствие знаний о том, как нейроны в верхней колликуле обрабатывают синаптические сигналы, было столь же примечательным, — говорит руководитель исследования д-р Кремков. — Эта информация крайне важна для понимания механизмов, участвующих в обработке сигналов в среднем мозге».

До сих пор не было возможности измерить активность синаптически связанных нейронов сетчатки и среднего мозга в живых организмах. Для своего последнего исследования группа ученых разработала метод, основанный на измерениях с помощью инновационных электродов высокой плотности, известных как зонды Neuropixels. Более конкретно, зонды Neuropixels представляют собой крошечные линейные электродные массивы с примерно тысячей участков записи вдоль узкого стержня. Эти устройства, состоящие из 384 электродов для одновременной регистрации электрической активности нейронов в мозге, являются революционным шагом в области нейронаук.

Исследователи, работающие в Шарите и Институте биологического интеллекта имени Макса Планка, теперь используют эту новую технологию для идентификации соответствующих структур среднего мозга у мышей (верхняя колликула) и птиц (зрительный нерв). Обе структуры мозга имеют общее эволюционное происхождение и играют важную роль в визуальной обработке входных сигналов сетчатки у обеих групп животных. Их работа привела исследователей к удивительному открытию.

«Обычно этот тип электрофизиологической записи измеряет электрические сигналы от потенциалов действия, которые возникают в соме, клеточном теле нейрона, — объясняет д-р Кремков. — Однако в наших записях мы заметили сигналы, которые по внешнему виду отличались от нормальных потенциалов действия. Мы продолжили исследовать причину этого явления и обнаружили, что входные сигналы в среднем мозге были вызваны потенциалами действия, распространяющимися в «аксональных ветвях» (отростках) ганглиозных клеток сетчатки. Наши результаты показывают, что новая технология электронных матриц может быть использована для записи электрических сигналов, исходящих от аксонов — отростков нервных клеток, передающих нейронные сигналы. Это совершенно новое открытие».

Впервые в мире команда доктора Кремкова смогла одновременно зарегистрировать активность нервных клеток сетчатки и синаптически связанных с ними целевых нейронов в среднем мозге.

До сих пор функциональная связь между глазом и средним мозгом оставалась неизвестной. Исследователи смогли показать на уровне одной клетки, что пространственная организация входов от ганглиозных клеток сетчатки в среднем мозге является очень точным представлением исходного входа сетчатки.

Эксклюзивный перевод *

Фото: CC0 Общественное достояние

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

PLOS ONE: кратковременное воздержание от алкоголя негативно влияет на кишечник

1 161 Группа американских исследователей из Национального института здоровья США выяснила, как краткосрочное воздержание от алкоголя …