W drugim trymestrze, na długo przed tym, zanim oczy dziecka zobaczą obrazy, mogą one wykryć światło. Wrażliwe na światło komórki aktywne w siatkówce, nawet zanim płód może rozróżnić obrazy, mogą odgrywać większą rolę w rozwijającym się oku i mózgu niż wcześniej sądzono. Wewnętrznie światłoczułe komórki zwojowe siatkówki pozornie pomagają ustalić dopływ krwi do siatkówki, rytmy okołodobowe i odruch światła źrenicy. Naukowcy odkryli teraz, że komórki te są elektrycznie połączone w sieć, która jest w stanie wykryć natężenie światła, co sugeruje większą rolę w rozwoju.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley znaleźli dowody na to, że te proste komórki rzeczywiście rozmawiają ze sobą jako część połączonej sieci, która daje siatkówce większą czułość na światło niż kiedyś sądzono i która może zwiększyć wpływ światła na zachowanie i rozwój mózgu w nieoczekiwany sposób.

W rozwijającym się oku, może być 3% komórek zwojowych - komórek siatkówki, które wysyłają komunikaty przez nerw wzrokowy do mózgu – są wrażliwe na światło i jak dotąd naukowcy odkryli około sześciu różnych podtypów, które komunikują się z różnymi miejscami w mózgu. Niektóre z nich wysyłają bodźce do jądra nadskrzyżowaniowego , aby dostroić nasz wewnętrzny zegar do cyklu dzień-noc. Inne wysyłają sygnały do obszaru, który sprawia, że nasze źrenice zwężają się w jasnym świetle. Pozostałe z nich łączą się z zaskakującymi obszarami, które regulują nastrój, czy jak ciało migdałowate, które zajmuje się emocjami.

W przypadku myszy i małp najnowsze dowody sugerują, że komórki zwojowe również komunikują się ze sobą poprzez połączenia elektryczne zwane połączeniami szczelinowymi, co sugeruje znacznie większą złożoność w niedojrzałych oczach gryzoni i ssaków naczelnych niż to sobie wyobrażano.

"Biorąc pod uwagę różnorodność tych komórek zwojowych i fakt, że rzutują one na wiele różnych części mózgu, zastanawiam się, czy odgrywają one rolę w tym, jak siatkówka łączy się z mózgiem", powiedziała Marla Feller, profesor biologii molekularnej i komórkowej z Uniwersytetu w Berkeley oraz starszy autor pracy, która ukazała się w czasopiśmie Current Biology. "Badanie to może pomóc wyjaśnić problemy, takie jak migreny wywołane światłem lub odpowiedzieć na pytanie dlaczego terapia światłem działa w depresji".

Systemy równoległe w rozwoju siatkówki

Komórki, zwane wewnętrznie światłoczułymi komórkami zwojowymi siatkówki (ipRGCs), zostały odkryte dopiero 10 lat temu, zaskakując naukowców, którzy badali rozwijającą się siatkówkę przez prawie 20 lat. Feller wraz ze swoją mentorką, Carlą Shatz z Uniwersytetu Stanforda, odegrały ważną rolę w pokazaniu, że spontaniczna aktywność elektryczna oka podczas rozwoju - tak zwane fale siatkówki - ma kluczowe znaczenie dla stworzenia prawidłowej sieci mózgu, która będzie później przetwarzać obrazy. Stąd zainteresowanie Feller światłoczułymi komórkami zwojowymi siatkówki, które zdawały się funkcjonować równolegle ze spontanicznymi falami w rozwijającej się siatkówce.

"Myśleliśmy, że myszy i płód ludzki były ślepe w tym momencie rozwoju", powiedziała Feller. "Myśleliśmy, że komórki zwojowe znajdują się w rozwijającym się oku, że są połączone z mózgiem, ale tak naprawdę nie są połączone z resztą siatkówki w tym momencie. Teraz okazuje się, że są one połączone ze sobą, co było rzeczą zaskakującą".

Absolwent UC Berkeley Franklin Caval-Holme połączył dwufotonowe obrazowanie wapniowe, rejestrację elektrokomórkową całej komórki, farmakologię i techniki anatomiczne, aby pokazać, że sześć typów ipRGC w nowo narodzonej siatkówce myszy łączy się elektrycznie poprzez złącza szczelinowe tworząc sieć siatkówki, która jak odkryli naukowcy, nie tylko wykrywa światło, ale reaguje na jego intensywność, która może zmieniać się prawie miliard razy.

Obwody łączące szczeliny były krytyczne dla wrażliwości na światło tylko w niektórych podtypach ipRGC, zapewniając potencjalną drogę do ustalenia, które podtypy ipRGC stanowią sygnał dla konkretnych zachowań niewizualnych, które wywołuje światło.

"Awersja do światła, którą szczenięta rozwijają bardzo wcześnie, jest zależna od intensywności", co sugeruje, że te obwody neuronowe mogą być zaangażowane w odruchy zachowawcze, powiedział Caval-Holme. "Nie wiemy, który z tych podtypów ipRGC w siatkówce noworodka rzeczywiście przyczynia się do takiego zachowania, więc będzie bardzo ciekawe zobaczyć, jaką rolę pełnią te różne podtypy".

Naukowcy znaleźli również dowody na to, że układ dostraja się w sposób, który mógłby dostosować się do natężenia światła, co prawdopodobnie odgrywa ważną rolę w rozwoju, powiedziała Feller.

"W przeszłości naukowcy pokazali, że te światłoczułe komórki są ważne dla takich kwestii jak rozwój naczyń krwionośnych w siatkówce i percepcja światła w rytmach dobowych. Wydaje się to argumentować, że komórki te w rzeczywistości próbują kodować informacje dla wielu różnych intensywności światła, kodując o wiele więcej informacji, niż ludzie wcześniej sądzili".

Źródło: sciencedaily.com