Lepsze zrozumienie sposobu, w jaki światło jest przekształcane w informacje o otoczeniu wizualnym, stanowi niezbędny krok do opracowania skutecznych metod przywracania wzroku.
Siatkówka to cienka warstwa tkanki nerwowej usytuowana w tylnej części gałki ocznej. Zawiera warstwę wyspecjalizowanych komórek zwanych fotoreceptorami, które pochłaniają odbierane światło i przekształcają je w sygnały elektryczne, które następnie przemieszczają się przez złożoną sieć neuronów zawierającą komórki dwubiegunowe i zwojowe. Ich zadaniem jest obróbka i wzmocnienie sygnałów, zanim zostaną one wysłane do mózgu za pośrednictwem nerwu wzrokowego.
Istnieje jednak wiele aspektów naszego zmysłu wzroku, które pozostają niejasne, wśród nich sposób, w jaki sygnały elektryczne odwzorowują informacje wizualne dotyczące naturalnych scenerii wypełnionych licznymi elementami świata rzeczywistego – obiektami, ruchem i zmianami warunków oświetlenia.
Badania obwodów neuronalnych siatkówki
Głównym celem finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projektu CODE4Vision było lepsze zrozumienie procesu przetwarzania sygnałów wizualnych i opracowanie strategii terapeutycznych na potrzeby leczenia chorób siatkówki.
Naukowcy zastosowali nową metodę rejestrowania sygnałów neuronalnych w komórkach siatkówki, której towarzyszyła wysoce wydajna technika analizy danych. Dzięki takiemu połączeniu zespół projektu mógł zwizualizować ważną część obwodów siatkówki – układ połączeń między warstwą neuronów wyjściowych siatkówki a poprzedzającą ją warstwą neuronów pobudzających. Nowe spostrzeżenia na temat połączeń w siatkówce doprowadziły do opracowania nowych modeli matematycznych opisujących, w jaki sposób siatkówka koduje naturalne sceny wizualne.
„Teraz lepiej rozumiemy, dlaczego poszczególne typy neuronów wyjściowych siatkówki reagują inaczej na tę samą scenę i jaką rolę pełnią one w zdolności widzenia”, wyjaśnia główny badacz Tim Gollisch.
Leczenie schorzeń siatkówki
Zwyrodnienie barwnikowe siatkówki (Retinitis pigmentosa) jest chorobą oka związaną ze zwyrodnieniem fotoreceptorów, która dotyka miliony osób na całym świecie. Jako że obecnie nie ma na nią leku, naukowcy usilnie pracują nad metodami przywracania wzroku. Jedną z bardziej obiecujących strategii jest optogenetyka – technika polegająca na wprowadzeniu światłoczułych białek do ocalałych neuronów siatkówki, przekształcając je w sztuczne czujniki światła.
Zebrany materiał dowodowy wskazuje jednak, że odbieranie normalnego światła z otoczenia nie wywołuje właściwej reakcji tych czujników. Dlatego naukowcy z projektu CODE4Vision postanowili skalibrować narzędzie do stymulacji wzrokowej, aby uzyskać niezbędne poziomy jasnego światła, które aktywuje wszczepione czujniki światła w siatkówce.
Dzięki wykorzystaniu analizy i modeli matematycznych opracowanych w projekcie CODE4Vision naukowcy byli w stanie dopracować szczegółowo modyfikacje związane z projekcją, co zaowocowało optymalizacją terapii optogenetycznej pod kątem leczenia zwyrodnienia barwnikowego siatkówki. Skuteczność udoskonalonej techniki została potwierdzona na mysim modelu choroby – w badaniu tym zaobserwowano poprawę reakcji pod wpływem sztucznej stymulacji.
„Mamy nadzieję, że nadanie sztucznej stymulacji siatkówki bardziej naturalnego charakteru ułatwi mózgowi odczytywanie scen wizualnych, co przełoży się na skuteczniejsze przywracanie wrażeń wzrokowych”, podkreśla Gollisch.
Przyszłość terapii przywracających wzrok
Podsumowując, wyniki projektu CODE4Vision pozwalają lepiej zrozumieć, w jaki sposób obwody neuronalne siatkówki są zorganizowane i jak przetwarzają naturalne sceny wizualne.
„Badania dotyczące kodowania naturalnych bodźców przez siatkówkę nadal trwają, w związku z czym planujemy na bieżąco aktualizować i rozszerzać nasze modele”, podkreśla Gollisch.
Zespół jest również zainteresowany ustaleniem, w jaki sposób informacje kontekstowe, takie jak średnie natężenie światła lub kontrast w środowisku, wpływają na proces kodowania. Ponadto chcąc ulepszyć metodę sztucznej stymulacji, uczeni przetestują różne rodzaje cząsteczek wrażliwych na światło, aby zidentyfikować te najbardziej obiecujące z perspektywy ich klinicznego wykorzystania w przyszłości.
Komentarze
[ z 0]