Сітківку часто називають «форпостом мозку» — зрештою, важливі етапи обробки зорового сигналу відбуваються не в головному мозку, а в нервових клітинах ока. Коли світло попадає на сітківку, сенсорні клітини стають активними і посилають електричні сигнали до шарів нервових клітин, розташованих безпосередньо за ними. Звідти сигнали передаються в мозок.

Однак раніше було незрозуміло, як саме сигнали від сітківки ока обробляються нервовими клітинами. Експерименти у Віденському технічному університеті показали, що нервові клітини сітківки (так звані гангліозні клітини сітківки) можуть виконувати різні ролі і таким чином виконувати індивідуально різні завдання для зору.

Вони зберігають цю здатність навіть тоді, коли частини сітківки дегенерують, що, наприклад, є хорошою новиною для відновлення зору сліпих людей за допомогою електронних імплантатів сітківки.

Різні клітини, різні сигнальні шаблони

«Коли світло попадає на фоторецептори сітківки, електричні сигнали генеруються в нервових клітинах позаду них», — говорить Пол Вергінц з Інституту біомедичної електроніки Віденського університету.

«Але не всі нервові клітини виробляють однакову послідовність сигналів». Коли світло вмикається або вимикається, певні типи нервових клітин завжди стають активними. Однак у деяких клітинах частота сигналів швидко знижується, тоді як інші клітини залишаються на порівняно високому рівні активності і продовжують випромінювати потужний електричний сигнал.

Незрозуміло, що викликає ці різні моделі активності. Зрештою, слід очікувати, що клітини одного типу поводитимуться однаково.

«Питання для нас було таке: якщо гангліозні клітини сітківки поводяться по-різному, це тому, що вони інтегровані в різні біологічні ланцюги і тому отримують різні вхідні сигнали? Або існує внутрішня різниця, заснована на біофізичних принципах, яка змушує ці клітини виробляти різні сигнали, навіть якщо вони отримують однакові вхідні дані?”

«У другому випадку кожному типу гангліозних клітин можна було б призначити свій власний ідентифікатор компонента, так би мовити».

Електричні імпульси замість світла

Щоб перевірити це, дослідники використовували експлантовану сітківку ока мишей, у яких вся нейрональна мережа підтримується функціональною протягом кількох годин. Тоді активність гангліозних клітин сітківки можна стимулювати двома різними способами: або опромінюючи сітківку світлом, а потім досліджуючи реакцію гангліозних клітин, або безпосередньо стимулюючи гангліозні клітини за допомогою електричного струму.

Пряма експозиція електричного струму дає змогу досліджувати властивості нейронів навіть без залучення клітин, які зазвичай забезпечують їх сигналами.

«Ми виявили, що коли ми безпосередньо стимулюємо клітини електричним струмом, вони демонструють сигнальну модель, дуже схожу на ту, яку вони виробляють під дією світла, — говорить Пол Вергінц, — Гангліозні клітини, які демонструють підвищену структуру активності протягом більш тривалого періоду часу під впливом світла, також роблять це при електричній стимуляції».

Це означає, що різниця між сигнальними патернами цих клітин пов’язана не лише з тим, що вони отримують різні вхідні дані в схемі сітківки — тенденція виробляти довші або коротші сигнальні послідовності є внутрішньою властивістю клітин.

«Це дивовижно, але, ймовірно, дуже важливо для обробки сигналів і зору, — вважає Пол Вергінц., — Ці відмінності між типами клітин, ймовірно, виникають дуже рано, під час фази розвитку сітківки».

Стабільні відмінності — навіть при сліпоті

Залишається важливе питання: якщо це внутрішні властивості клітин, чи залишаються ці властивості стабільними, навіть якщо клітини втрачають свою початкову функцію, наприклад, якщо фотосенсори сітківки більше не працюють? Можна припустити, що в цьому випадку поведінка клітин має змінитися.

Зрештою, часто спостерігалося, що нервові клітини, які більше не потрібні, реорганізуються всередині мозку. Наприклад, якщо людина втрачає палець, нервові клітини, які відповідали за сенсорні сигнали від цього пальця, не просто залишаються неактивними, вони перебудовуються та повторно використовуються для інших цілей.

Однак це працює інакше для гангліозних клітин сітківки. «Ми досліджували клітини мишей, які були сліпими протягом 200 днів, і їхні гангліозні клітини сітківки все ще виявляли ті самі властивості: одні можна було змусити бути активними протягом короткого часу за допомогою електричного струму, інші — мати довшу активність», — говорить Пол Вергінц. . Тому клітини зберігають свою внутрішню здатність передавати певні сигнали.

«Це гарна новина для розробки ретинальних імплантатів, які використовують електричну стимуляцію за допомогою тисяч електродів для заміни втрачених фоторецепторів у сліпих пацієнтів, — каже Пол Вергінц, додаючи, — Якщо між різними типами клітин є стабільні відмінності, тоді існуючі гангліозні клітини можуть можна використовувати навіть після сліпоти, і для них у майбутньому можна розробити кращі стратегії стимуляції».

Оригінальне дослідження опубліковано в The Journal of Neuroscience 8 листопада 2024 року.