Младенцы в утробе могут видеть больше, чем мы думали

Светочувствительные клетки незрелой сетчатки объединены в сеть, что предполагает большую роль в развитии мозга.

Светочувствительные клетки, активные в сетчатке даже до того, как плод сможет различить изображения, могут играть более важную роль в развитии глаза и мозга, чем считалось ранее. По сути, светочувствительные ганглиозные клетки сетчатки, по-видимому, помогают наладить кровоснабжение сетчатки, циркадные ритмы и световой рефлекс зрачка. Исследователи теперь обнаружили, что эти ячейки электрически связаны в сеть, которая способна определять интенсивность света, что предполагает большую роль в развитии.

Ко второму триместру, задолго до того, как глаза ребенка могут видеть изображения, они могут обнаружить свет.

Но светочувствительные клетки в развивающейся сетчатке — тонкий лист мозгоподобной ткани в задней части глаза — считались простыми выключателями, предположительно для установки 24-часового, дневного Ночные ритмы родители надеются, что их ребенок будет следовать.

Ученые Калифорнийского университета в Беркли нашли доказательства того, что эти простые клетки фактически общаются друг с другом как часть взаимосвязанной сети, которая придает сетчатке большую светочувствительность, чем считалось ранее, и это может усилить влияние света на поведение и развитие мозга. непредвиденными способами.

В развивающемся глазу, возможно, 3% ганглиозных клеток — клетки сетчатки, которые посылают сообщения через зрительный нерв в мозг — чувствительны к свету, и на сегодняшний день исследователи обнаружили около шести различных подтипов, которые взаимодействуют с различными места в мозге. Некоторые говорят с супрахиазматическим ядром, чтобы настроить наши внутренние часы на цикл день-ночь. Другие посылают сигналы в область, которая заставляет наших учеников сжиматься при ярком свете.

Но другие связаны с удивительными областями: перихабенулой, которая регулирует настроение, и миндалиной, которая имеет дело с эмоциями.

У мышей и обезьян последние данные свидетельствуют о том, что эти ганглиозные клетки также общаются друг с другом через электрические соединения, называемые щелевыми контактами, что подразумевает гораздо большую сложность в незрелых глазах грызунов и приматов, чем предполагалось.

«Учитывая разнообразие этих ганглиозных клеток и то, что они проецируются на множество различных частей мозга, меня интересует, играют ли они роль в том, как сетчатка соединяется с мозгом», — говорит Марла Феллер, профессор молекулярной биологии из Калифорнийского университета в Беркли. и клеточная биология и старший автор статьи, которая появилась в этом месяце в журнале Current Biology . «Может быть, не для визуальных контуров, но для невидящего поведения. Не только световой рефлекс зрачка и циркадные ритмы, но, возможно, объяснение таких проблем, как мигрень, вызванная светом, или почему светотерапия работает для депрессии».

Параллельные системы в развивающейся сетчатке

Клетки, называемые собственно фоточувствительными ганглиозными клетками сетчатки (ipRGCs), были обнаружены только 10 лет назад, что удивило тех, как Феллер, которые изучали развивающуюся сетчатку в течение почти 20 лет. Она сыграла главную роль вместе со своим наставником Карлой Шатц из Стэнфордского университета, показав, что самопроизвольная электрическая активность глаза во время развития — так называемые волны сетчатки — имеет решающее значение для настройки правильных сетей мозга для последующей обработки изображений на.

Отсюда ее интерес к ipRGCs, которые, казалось, функционируют параллельно со спонтанными волнами сетчатки в развивающейся сетчатке.

«Мы думали, что они (мышиные щенки и человеческий плод) были слепы на данном этапе развития», — сказал Феллер, заслуженный профессор биологических наук Пола Лихта и член Института нейробиологии им. Хелен Уиллс из Калифорнийского университета в Беркли. «Мы думали, что ганглиозные клетки были в развивающемся глазу, что они связаны с мозгом, но на самом деле они не были связаны с большей частью остальной части сетчатки. Теперь, оказывается, они связаны друг к другу, что было удивительно «.

Аспирант Калифорнийского университета в Беркли Франклин Кавал-Холм объединил двухфотонную кальциевую визуализацию, электрическую запись цельных клеток, фармакологию и анатомические методы, чтобы показать, что шесть типов ipRGCs в сетчатке новорожденного мыши электрически соединяются через щелевые соединения с образованием сетчатки глаза Сеть, которую обнаружили исследователи, не только обнаруживает свет, но и реагирует на интенсивность света, которая может варьироваться почти в миллиард раз.

Схемы разрыва соединения были критически важны для светочувствительности в некоторых подтипах ipRGC, но не в других, предоставляя потенциальную возможность определить, какие подтипы ipRGC обеспечивают сигнал для определенных невизуальных действий, которые вызывает свет.

«Отвращение к свету, у которого щенки развиваются очень рано, зависит от интенсивности», предполагая, что эти нервные цепи могут быть вовлечены в поведение отвращения к свету, сказал Кавал-Холм. «Мы не знаем, какой из этих подтипов ipRGC в сетчатке новорожденных действительно влияет на поведение, поэтому будет очень интересно посмотреть, какую роль играют все эти разные подтипы».

Исследователи также обнаружили доказательства того, что схема настраивается таким образом, чтобы она могла адаптироваться к интенсивности света, что, вероятно, играет важную роль в развитии, сказал Феллер.

«В прошлом люди демонстрировали, что эти светочувствительные клетки важны для таких вещей, как развитие кровеносных сосудов в сетчатке и легкое улавливание циркадных ритмов, но это были своего рода легкие реакции включения / выключения света, где вам нужно немного света или нет света «, сказала она. «Похоже, это говорит о том, что они на самом деле пытаются кодировать множество различных интенсивностей света, кодируя гораздо больше информации, чем люди думали раньше».

Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения (NIH F31EY028022-03, RO1EY019498, RO1EY013528, P30EY003176).

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Университетом Калифорнии — Беркли . Оригинал написан Робертом Сандерсом. Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Франклин Кавал-Холм, Марла Б. Феллер. Муфта Gap Junction формирует кодирование света в развивающейся сетчатке . Современная биология , 2019; DOI: 10.1016 / j.c.201.201.10.025