Мы непрерывно ощущаем окружающее: слышим, чувствуем, нюхаем и пробуем на вкус. Тем не менее, доминирующим фактором, определяющим наше видение мира, является то, как мы его видим. Как информация о нашем визуальном окружении, проецируемая в наши глаза в виде световых узоров, попадает в наш мозг, чтобы создать наше внутреннее представление о мире?
Видеть не так просто, как собрать изображение из множества отдельных точек, как цифровая фотография. Наша визуальная система обрабатывает информацию, используя множество каналов одновременно, буквально создавая многослойную «большую картину». Самый первый уровень зрительной системы, сетчатка, уже предоставляет информацию о цвете, контрасте, движении и яркости. Мы замечаем отдельные объекты «с первого взгляда», потому что они выпрыгивают из того, что мы видим как простой фон.
Движущиеся стимулы также привлекают немедленное внимание.Чтобы визуальная информация попала в мозг по таким параллельным каналам, изображения предварительно обрабатываются сетчаткой. В течение многих лет группа ученых во главе с профессором Томасом Эйлером (CIN — Центр интегративной нейробиологии им. Вернера Райхарда при Тюбингенском университете) изучала «коммутатор» сетчатки, ответственный за большую часть этой обработки.
В последнее время они сосредоточились на биполярных клетках. Биполярные клетки связывают светочувствительные фоторецепторные клетки в глазу с ганглиозными клетками сетчатки, которые, в свою очередь, направляют выходной сигнал сетчатки в мозг.
Генетически и анатомически идентифицировано 14 различных типов биполярных клеток. Поэтому исследователи Тюбингена проверили гипотезу о том, что каждый из этих 14 типов клеток представляет собой один зрительный канал, каждый со своей собственной функцией.
Но чем эти каналы отличаются друг от друга и какие механизмы задействованы?Чтобы ответить на этот вопрос, ученые спроецировали на сетчатку мышей множество различных световых паттернов. Одновременно они использовали генетически кодируемый флуоресцентный белок для измерения выхода биполярных клеток. С помощью этого метода они смогли провести измерения на очень большом количестве отдельных синапсов (более 13 000) и на всех типах биполярных клеток.
Результаты показали один удивительный факт: под воздействием небольших световых пятен функции 14 биполярных типов клеток казались очень похожими. Только более крупные стимулы, покрывающие рецептивное поле гораздо более чем одной клетки — область, где биполярная клетка собирает входные сигналы фоторецепторов, — генерировали разные сигналы по нескольким каналам. Дальнейшие эксперименты показали, что соседи биполярных клеток, так называемые амакриновые клетки, ответственны за такое разнообразие закодированной информации.Катрин Франке, разработавшая исследование и проводившая эксперименты, объясняет полученные результаты следующим образом: «Вместо того, чтобы просто сообщать мозгу« в моем рецептивном поле, в настоящее время он является ярким / темным / зеленым / синим », биполярные клетки получают информацию от амакрина. клетки могут передавать мозгу более подробную информацию, например, «здесь светло, а рядом со мной — темно».
Такой уровень детализации позволяет мозгу формировать сложное многослойное впечатление, включая переходы, контраст, края и движение ».Лучшее понимание обработки сигналов в сетчатке может быть полезно не только для фундаментальных исследований, но и для офтальмологической медицины. Уже несколько лет в офтальмологической клинике Тюбингенского университета разрабатывается имплант сетчатки для пациентов с дегенеративными заболеваниями глаза. В этом имплантате используются биполярные клетки, поскольку они образуют второй слой, расположенный ниже фоторецепторных клеток, утраченных из-за прогрессирования болезни.
Соответственно, выводы нового исследования обещают способствовать дальнейшим прикладным исследованиям в этой области.