Учёные из Института биологической кибернетики общества Макса Планка (Тюбинген) совместно с группой исследователей из Института Эрнста Штрунгмана (Франкфурт) и английского Университета Ньюкасл впервые показали с помощью оптогенетики, как работают малоизученные клетки зрительной системы мозга.
Зелёным показаны кониоклетки в латеральном коленчатом теле головного мозга. Автор снимка: MPI f. Biological Cybernetics
Учёные уже давно умеют избирательно активировать или отключать определённые нервные клетки, используя оптогенетику, чтобы изучать роль нейронов в физиологических процессах. Сначала они вживляют в нейрон модифицированный ген, который может экспрессировать нужный светочувствительный белок, затем подсвечивают его светом определённой длины волны. В данном случае использовались мембранные белки, реагирующие на голубой свет. Такая оптогенетическая система создана для изучения зрения приматов, у которых зрительные пути имеют такое же строение, как у человека. Надо заметить, что только у обезьян и человека обнаружены так называемые кониоклеточные нейроны, но о них чуть позже.
«Мы стали исследовать именно зрительную систему, потому что она имеет уже известную структуру с чёткими отличиями между разными типами клеток”,
— объясняет Карстен Кляйн, один из авторов исследования6 работающий в Институте биологической кибернетики общества Макса Планка (Германия).
Группы нейронов, которые доставляют световой сигнал от сетчатки глаза к зрительной коре, образуют ганглии в подкорковом зрительном центре, который учёные называют «латеральным коленчатым телом». Оно на самом деле имеет форму угла и по всей видимости именно по этой причине носит название corpus geniculatum laterale на латыни. Здесь нейроны расположены в строгом порядке, благодаря чему формируют ретинотопическую карту, то есть проецируют такую же картинку, как и на сетчатке.
У человека и приматов зрительные нейроны уложены в слои крупноклеточных (magnocellular), мелкоклеточных (parvocellular) и кониоклеточных (koniocellular) нейронов. Функции двух первых слов уже описаны: крупноклеточные нейроны отвечают за контраст и визуализацию движущихся объектов, в то время как мелкоклеточные больше задействованы в определении цветов. До настоящего момента функция кониоклеточных нейронов оставалась большой загадкой для учёных, но с помощью оптогенетики авторы доказали, что эти нейроны передают информацию в первичную зрительную кору. Именно эта часть мозга эволюционно приспособлена для распознавания простых зрительных образов.
Исследование имеет большое значение не только для расширения знаний о структуре и функциях зрительного анализатора, но и в будущем может найти применение для глубокой стимуляции головного мозга и картирования его нейронных сетей.
Carsten Klein, Henry C. Evrard, Katharine A. Shapcott, Silke Haverkamp, Nikos K. Logothetis, Michael C. Schmid
Cell-Targeted Optogenetics and Electrical Microstimulation Reveal the Primate Koniocellular Projection to Supra-granular Visual Cortex by
Neuron. Published online April 2016 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2016.02.036 |
