Немецкие ученые выяснили, как происходит сбор зрительной информации на сетчатке глаза и какие клетки несут ответственность за ее обработку. В ходе исследования они продемонстрировали, что входящие визуальные сигналы подвергаются селективной трансформации в таламусе, а уже затем передаются в зрительную кору. Их исследование со всеми подробностями опубликовано в одном из топовых журналов в области наук о мозге — Neuron.
Таламус в передне-боковой проекции. Credit: Ben Brahim Mohammed
Зрительная система человека получает примерно 80 процентов сенсорных данных из окружающей среды, которые улавливаются и преобразуются в электрохимические сигналы приблизительно 130 миллионами светочувствительных клеток сетчатки, откуда затем поступают в отделы коры полушарий мозга через таламус. Как выстраивается этот путь в более детальном виде, пока не до конца понятно. Но ученым из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана удалось внести некоторую ясность.
Исследователи провели испытания на лабораторных мышах, зрительная система которых имеет в сетчатке более 30 специализированных и функционально отличающихся типов ганглионарных клеток, первично обрабатывающих визуальную информацию. Каждый из них по-разному реагирует на различные стимулы (изменения цвета, яркости или структуры пространства), а затем передает информацию в мозг по нескольким параллельным каналам.
Авторы простимулировали визуальные рецепторы животных с помощью оптических стимулов – переключения с темного на яркий вариант цвета, изменения контраста и мерцания света, параллельно анализируя реакцию ретинальных и таламических клеток. В результате оин обнаружили, что передача информации в зрительный таламус действительно происходит за счет большинства ганглионарных клеток. А обработка результатов с помощью нейросети дала понять, что ответ таламического нейрона зависит всего от пяти различных типов ганглиоцитов, которые несут разную по «весу» информацию. Так, полученные от первых двух типов клеток сигналы имеют большую силу, чем «выходной» ответ таламуса. А сигналы от оставшихся трех типов мало влияют на силу реакции клеток таламуса, и на «выходе» он почти не отличается по активности.
По словам авторов, слабые сигналы недоминантных клеток способны усиливать функциональные связи между клетками в случае, когда один ганглиоцит сетчатки проецируется на множество различных таламических клеток. Этот эффект делает зрительную систему более устойчивой к «ошибкам». А различия в динамике импульсов играют большую роль в процессе обучения в ходе одновременной обработки комбинаций из нескольких стимулов.
Текст: Екатерина Заикина
Mouse dLGN Receives Functional Input from a Diverse Population of Retinal Ganglion Cells with Limited by Miroslav Román Rosón, Yannik Bauer, Ann H. Kotkat, Philipp Berens, Thomas Euler, Laura Busse in Neuron. Published February 2019
DOI: 10.1016/j.neuron.2019.01.040