Lepsze zrozumienie funkcjonowania bipolarnych komórek siatkówki
W układzie wzrokowym grupa neuronów zwanych komórkami bipolarnymi gromadzi wywoływane przez światło sygnały z fotoreceptorów w zewnętrznej części siatkówki i przekazuje te sygnały komórkom zwojowym w wewnętrznej części siatkówki. Z tego miejsca obrazy są przekazywane do mózgu jako informacje. Istnieje co najmniej 14 typów komórek bipolarnych. Nietypowy sposób, w jaki przekształcają one sygnały z fotoreceptorów, umożliwia obwodom neuronalnym w wewnętrznej części siatkówki tworzyć wizualny opis świata. Jako że komórki bipolarne są dobrze opisane przez badaczy pod względem strukturalnym i funkcjonalnym, zapewniają one unijnemu projektowi switchBoard, realizowanemu w ramach działania Maria Skłodowska-Curie ITN-ETN, możliwość lepszego zrozumienia, w jaki sposób sygnały wejściowe ze światłoczułych fotoreceptorów są przekazywane do komórek zwojowych tworzących nerw wzrokowy. „Metafora switchBoard (z ang.: tablica rozdzielcza) przyszła nam do głowy podczas pisania artykułu na temat komórek bipolarnych stanowiących »budulec wzroku«. Jednak komórki bipolarne nie tylko łączą sygnały wejściowe z fotoreceptorów z komórkami zwojowymi w siatkówce, ale także zdają się przetwarzać te sygnały”, wyjaśnia Thomas Euler, koordynator projektu.
Siatkówka – idealny model
W przeciwieństwie do większości systemów w mózgu zmysłowe sygnały wejściowe i wyjściowe w siatkówce można dość łatwo zmierzyć. Pracujący nad projektem naukowcy na wczesnym etapie kariery, będący stypendystami działania Maria Skłodowska-Curie, wykorzystali siatkówki różnych modeli zwierzęcych do zbadania przetwarzania sygnałów zmysłowych. Aktywność neuronalną w siatkówce zmierzono zarówno na poziomie sieci, jak i na poziomie synaps, wykorzystując rejestrowanie z wykorzystaniem licznych elektrod, a także obrazowanie dwufotonowe. Te praktyczne metody badawcze uzupełniono podejściem teoretycznym, aby ustalić i przewidzieć „ogólne właściwości” funkcji komórki bipolarnej. Ponadto naukowcy mieli dostęp do różnych dodatkowych przełomowych technologii, od immunooznaczania po mikroskopię elektronową, by przy ich pomocy określić struktury komórkowe i synaptyczne. Jednym z kluczowych rezultatów było ustalenie, że danio pręgowany przetwarza kolory w przestrzeni wizualnej, aby dopasować je do naturalnych podwodnych scenerii, co sugeruje, że obwody siatkówkowe tego gatunku wyewoluowały, aby przetwarzać wizualne informacje ważne pod względem behawioralnym. Innym kluczowym wynikiem dotyczącym mysiego modelu było ustalenie, że mimowolne nieznaczne oscylujące ruchy gałki ocznej, zwane oczopląsem i obserwowane u pacjentów z wrodzoną stacjonarną ślepotą zmierzchową, są prawdopodobnie spowodowane przez działanie obwodów w wewnętrznej części siatkówki. Ustalenie przyczyny danego schorzenia może pomóc w znalezieniu sposobu leczenia.
Lepsze zrozumienie chorób siatkówki
Choć u osób z upośledzeniem widzenia fotoreceptory ulegają degeneracji, a w najgorszym przypadku zanikają, większość funkcji komórek bipolarnych jest zachowana. Sprawia to, że komórki te są ważnym celem dla różnych terapii mających zastąpić lub podtrzymać funkcję fotoreceptorów. Projekt switchBoard przyczynił się do pogłębienia wiedzy na temat tego, w jaki sposób komórki bipolarne zmieniają się pod względem morfologicznym i funkcjonalnym, a także łączą się z innymi neuronami leżącymi u podstaw tych terapii. „W ramach projektu dopilnowano, by 15 młodych badaczy z różnych krajów otrzymało dogłębne przeszkolenie w zakresie eksperymentalnej i obliczeniowej neuronauki, neurotechnologii oraz biomedycyny. Dzięki temu powstało kolejne pokolenie młodych naukowców zajmujących się siatkówką oraz wzrosła zdolność UE do rozwiązywania problemów zdrowotnych”, stwierdza Euler.
Słowa kluczowe
switchBoard, siatkówkowe, fotoreceptory, oko, wizualne, mózg, komórki bipolarne, wzrok, komórki zwojowe, neuron, nerw wzrokowy
