Специальная нейронная цепь в сетчатке, которая обнаруживает тени даже в почти полной темноте

Чтобы проверить обнаружение теней, исследователи поместили мышей в лабиринт практически без света. Выход отмечен черной точкой, едва отличающейся от окружающей темноты. Отслеживая, как мыши двигались по лабиринту, и измеряя активность нейронов в задней части глаза — сетчатке — команда показала, что группа клеток сетчатки, известная как ганглиозные клетки OFF, обнаружила очень небольшое снижение уровня освещенности.

«Наша цель — перейти от молекул к поведению», — говорит профессор Петри Алла Лаурелла, работающая по совместительству в Аалто и Хельсинкском университете. Это исследование основано на предыдущей работе его группы, которая показала, что ганглиозные клетки используются для обнаружения очень слабого пятна света в темноте. Противоположной задачей было бы обнаружение более темных оттенков, где всего несколько фотонов. «Наша гипотеза заключалась в том, что это то, что делают самые внешние клетки, более чувствительные к звездному свету, потому что они увеличивают скорость своего возбуждения в ответ на тени», — говорит Алла Лаурелла.

Команда также рассчитала базовый уровень для обнаружения теней на основе физических свойств фоторецепторов и нервных путей. После учета неизбежных потерь — например, не каждый фотон, попадающий в приемник, поглощается — они обнаружили, что поведение мышей и сетевая активность очень близки к идеальному ответу. «Наше строго ограниченное моделирование показывает, что как оптически управляемое поведение, так и более чувствительные ганглиозные клетки являются почти идеальными детекторами теней», — говорит доктор Йохан Весто, один из первых авторов исследования.

Исследование пришлось проводить почти в полной темноте, чтобы обнаружить эти различия. «Замечательная чувствительность оптической системы к слабым теням предъявляет высокие технические требования к нашим экспериментам при чрезвычайно низких уровнях освещенности», — говорит Наталья Мартинюк, другой первый автор исследования. При более высоких уровнях освещенности активируются многие цепи сетчатки, что очень затрудняет анализ.

Безумно темные тени могут раскрыться! Даже нескольких фотонов, отсутствующих в нескольких тысячах рецепторов палочек, достаточно, чтобы животные могли обнаружить тень. Возможно, это связано с огромной эволюционной необходимостью обнаруживать тени, потому что мыши и другие животные эволюционировали, чтобы избегать хищников при очень низком уровне освещенности.

Эти результаты показывают, как процесс понимания входящего света — преобразования его в мысленный образ — распределяется между различными типами клеток, которые выполняют различные вычислительные задачи в сетчатке. Внутри глаза входы от тысяч рецепторов поступают к ВКЛЮЧЕННЫМ и ВЫКЛЮЧЕННЫМ ганглиозным клеткам, которые действуют как единицы для специфического обнаружения света и тени соответственно.

«Это запускает множество вычислительных процессов в сетчатку, и раннее открытие упрощает задачу конечных процессов в мозгу», — говорит Алла Лаурела. Мы можем проверить этот принцип на глазах при очень низких уровнях освещенности. Я подозреваю, что это также относится к более высоким уровням освещенности и в других областях и других областях нейронауки.

Цепь сетчатки, отвечающая за передачу информации к ВКЛЮЧЕННЫМ и ВЫКЛЮЧЕННЫМ ганглиозным клеткам, у людей почти идентична. Ала-Лаурила показывает, что способность специально тестировать функции клеток сетчатки в свете звезд также может иметь клиническое значение. Многие зрительные заболевания специфичны для определенных типов клеток сетчатки. Выполняя тесты при очень низких уровнях освещенности, возможно, удастся обнаружить такие заболевания раньше и с большей точностью, поскольку при таких уровнях освещенности важен каждый фотон. «В своей жизни я хочу увидеть революционные методы выявления заболеваний органов зрения с использованием очень низких уровней освещенности в качестве инструмента», — говорит он.

Источник истории:

Материалы Представление о Университет Аалто. Примечание. Контент может быть изменен в зависимости от стиля и длины.