Τα οπτικά ερεθίσματα και η σχέση τους με την συμπεριφορά

Σύνταξη: ecozen.gr

Τα κύτταρα του γαγγλίου του αμφιβληστροειδούς (RGCs) σχηματίζουν μια σειρά ανιχνευτών χαρακτηριστικών. Και αυτοί με την σειρά τους μεταφέρουν οπτικές πληροφορίες σε κεντρικές περιοχές του εγκεφάλου.
Σύμφωνα με έρευνα η μοριακή ταξινόμηση των γαγγλίων του αμφιβληστροειδούς συνδέει τα γονίδια με τους τύπους κυττάρων με τη συμπεριφορά.

Μια ομάδα από το Max Planck Institute of Neurobiology, University of California Berkeley και Harvard University δημιούργησε έναν μοριακό κατάλογο που περιγράφει τους διαφορετικούς τύπους αυτών των νευρώνων.

Πώς ο εγκέφαλος καταφέρνει να αντιδρά σε ένα οπτικό ερέθισμα με τη σωστή συμπεριφορά;

Τα οπτικά σήματα δημιουργούνται από φωτόνια που βομβαρδίζουν τον αμφιβληστροειδή του ματιού. Οι νευρώνες στον αμφιβληστροειδή συλλέγουν και επεξεργάζονται αυτές τις εντυπώσεις. Με αυτόν τον τρόπο, ο αμφιβληστροειδής εστιάζει στις σημαντικές λεπτομέρειες. Οπως αν υπάρχει αντίθεση ή χρώμα; Υπάρχουν μικρά ή μεγάλα αντικείμενα; Κινείται κάτι;

Μόλις φιλτραριστούν αυτές οι λεπτομέρειες, τα κύτταρα του γαγγλίου του αμφιβληστροειδούς (RGCs) τα στέλνουν στον εγκέφαλο, όπου μεταφράζονται σε μια συγκεκριμένη συμπεριφορά.

Ως η μόνη σύνδεση μεταξύ του αμφιβληστροειδούς και του εγκεφάλου, τα RGC παίζουν κεντρικό ρόλο στο οπτικό σύστημα.

Ήδη γνωρίζαμε ότι συγκεκριμένοι τύποι RGC στέλνουν διαφορετικές λεπτομέρειες σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου.

Ωστόσο, δεν είναι σαφές πώς διαφέρουν οι τύποι RGC σε μοριακό επίπεδο. Ποιες είναι οι αντίστοιχες λειτουργίες τους και πώς βοηθούν στη ρύθμιση της συμπεριφοράς που εξαρτάται από το περιβάλλον.

32 διαφορετικοί τύποι RGC με βάση τις ομοιότητες

Για να αρχίσει να λύνει αυτό το παζλ, μια ομάδα με επικεφαλής τον Yvonne Kölsch από το εργαστήριο της Herwig Baier ανέλυσε τη γενετική ποικιλομορφία των RGCs. Συνεργαζόμενοι με τις ομάδες του Joshua Sanes (Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ) και του Karthik Shekhar (UC Berkeley), καθόρισαν τα μεταγραφώματα.

Δηλαδή, τα μοτίβα όλων των ενεργών γονιδίων, σε RGCs και έτσι απέδωσαν σε κάθε κύτταρο το δικό του μοναδικό μοριακό δακτυλικό αποτύπωμα.

Μια υπολογιστική ανάλυση του συνόλου δεδομένων μεγάλης κλίμακας που περιλαμβάνει> 30.000 RGCs εντόπισε τουλάχιστον 32 διαφορετικούς τύπους RGC με βάση τις ομοιότητες.

Γονίδια τύπου κυττάρου

Σε αυτόν τον νέο κατάλογο τύπων νευρωνικών κυττάρων, οι επιστήμονες βρήκαν γονίδια που είναι ενεργά μόνο σε ορισμένους τύπους RGC.

Με τη βοήθεια αυτών των γονιδίων και της στοχευμένης επεξεργασίας γονιδιώματος, απέκτησαν γενετική πρόσβαση σε επιλεγμένους τύπους RGC. Την προϋπόθεση για τη μελέτη της δομής και της λειτουργίας τους.

Στο σχεδόν διαφανές ψάρι ζέβρα, ήταν δυνατό να επισημανθούν οι τύποι RGC. Και να καταγραφούν σε ποιες περιοχές του εγκεφάλου τελειώνουν οι αξονικές προβολές τους.
Ήταν επίσης δυνατό να προσδιοριστεί ποια οπτική λεπτομέρεια προτιμά ένας τύπος RGC.

Για να γίνει αυτό, οι ερευνητές έδειξαν σε προνύμφες ψαριών διάφορα οπτικά ερεθίσματα. Και διερεύνησαν ποια από αυτές ενεργοποιεί έναν συγκεκριμένο τύπο κυττάρου. Για παράδειγμα, ένας τύπος RGC αντέδρασε στο φως, αλλά όχι στην προσομοίωση ενός επιθετικού αρπακτικού.

Τι σημαίνει για τη συμπεριφορά των ψαριών εάν αυτός ο τύπος κυττάρου δεν λειτουργεί πλέον;
Κανονικά, οι προνύμφες ψαριών προτιμούν ένα φωτεινό περιβάλλον στο οποίο μπορούν να αντιληφθούν το περιβάλλον τους και να βρουν εύκολα φαγητό. Όταν οι επιστήμονες απενεργοποίησαν τον παραπάνω τύπο κυττάρου μετρώντας τις συνθήκες φωτός, τα ψάρια έχασαν την ικανότητά τους να πλοηγούνται στο ευνοϊκό περιβάλλον τους. Ένα σαφές σημάδι ότι ο τύπος RGC είναι ιδιαίτερα σημαντικός για την προσέγγιση του φωτός.

Ιδιαίτερα εξειδικευμένα γονίδια

Η ανάλυση συνδέει έναν μοριακά περιγραφόμενο τύπο RGC με μια συγκεκριμένη δομή, λειτουργία και απόκριση συμπεριφοράς.

Δείχνει επίσης πόσο εξειδικευμένοι τύποι RGC είναι συνδεδεμένοι με τη συμπεριφορά. Αυτό το εύρημα υποστηρίζει τη θεωρία ότι τα εξαιρετικά εξειδικευμένα νευρωνικά κυκλώματα είναι το μυστικό του εγκεφάλου για τη μετάφραση διαφορετικών οπτικών ερεθισμάτων σε σωστή συμπεριφορά.

Στο μέλλον, ο μοριακός κατάλογος θα επιτρέψει τη συστηματική διερεύνηση άλλων τύπων RGC. Η μελέτη, σύμφωνα με τους επιστήμονες, οδηγεί σε ένα αποφασιστικό βήμα για την ολοκληρωμένη κατανόηση της λειτουργικής αρχιτεκτονικής του οπτικού συστήματος.