Чтобы понять, как мы видим мир и как такие заболевания, как возрастная дегенерация желтого пятна и глаукома, ухудшают зрение, ученым необходимо понять, как сетчатка передает зрительные сигналы в мозг.
Ранее исследователи работали в основном с клетками сетчатки глаза животных. Но новое исследование ученых из Медицинской школы Вашингтонского университета в Санкт-Петербурге. Луи подробно описывает работу исследователей с клетками сетчатки человека и то, как эти клетки преобразуют зрительные сигналы, передаваемые зрительным нервом, в мозг, который затем интерпретирует сигналы в зрение.
В исследовании, опубликованном 12 июня в журнале Neuron, исследователи сообщают, что определенные ганглиозные клетки сетчатки, которые переносят подавляющее большинство визуальных сигналов от сетчатки глаза человека в мозг, эффективно обрабатывают и сжимают эту информацию, чтобы ее можно было передать. Ученые узнали об этом, наблюдая за активностью клеток сетчатки человека, когда сетчатку смотрели фильмы, которые заставляли эти клетки передавать сигналы при изменении пейзажа.
"Если мы хотим узнать, как исправить дефицит зрения у людей с заболеваниями сетчатки, а также с такими проблемами, как глаукома, которые повреждают зрительный нерв, нам нужно знать, как эти ганглиозные клетки преобразуют и передают сигналы," сказал главный исследователь Даниэль Кершенштайнер, доктор медицины. "Зрительные системы адаптированы к конкретным условиям и поведенческим требованиям, и эти ганглиозные клетки адаптировались к этим потребностям за миллионы лет эволюции. Хотя мы разделяем определенные аспекты наших зрительных систем с животными, если мы действительно хотим понять и восстановить зрение у людей, нам необходимо лучше понять, как ганглиозные клетки человека кодируют и передают визуальную информацию."
Кершенштейнер, профессор офтальмологии в клинике Джона Ф. Хардести, доктор медицины, отделение офтальмологии & Визуальные науки и профессор нейробиологии и биомедицинской инженерии возглавили исследование клеток сетчатки глаза человека, которые пришлось удалить из-за рака глаза. Хотя ученые использовали сетчатку только четырех человеческих глаз, исследователи смогли сделать выводы, изучив активность сотен ганглиозных клеток в каждом глазу. Аксоны этих клеток соединяются вместе, образуя зрительный нерв.
Исследователи сосредоточились на двух основных типах клеток, передающих визуальную информацию, каждый из которых бывает двух разновидностей: один реагирует, когда свет увеличивается, а другой – когда свет уменьшается.
Команда Кершенштейнера провела компьютерный анализ активности клеток и обнаружила, что в каждом случае эти клетки передают максимальное количество визуальной информации, используя минимальное количество энергии. Используя компьютерное моделирование, чтобы настроить поведение клеток, ученые смогли показать, что ганглиозные клетки были эффективны. Но всякий раз, когда они делали эти настройки на компьютере, сигналы от ячеек становились менее эффективными.
"Зрительный нерв – настоящее узкое место в зрительной системе," он объяснил. "Из нашего анализа следует, что эти клетки эволюционировали, чтобы сжимать визуальную информацию, чтобы пройти через это узкое горлышко. Пациентам с глазными заболеваниями, такими как глаукома, это трудно сделать, и чтобы исправить этот дефицит, нам нужно лучше понимать, как функционируют здоровые клетки. Мы только начинаем понимать это."