Волны активности нервных клеток создают четкое зрение в мозгу

18 декабря 2003

Волны активности нервных клеток создают четкое зрение в мозгу

18 декабря 2003

Ла-Холья, Калифорния. Исследователи Института Солка обнаружили, что нервные клетки, возбуждающиеся спонтанными волнами, создают первые четкие визуальные образы мозга во время короткой, но критической фазы развития. Исследование может привести к поиску способов более эффективного лечения повреждений нервных клеток и даже лечения заболеваний, возникающих в более позднем возрасте, таких как болезнь Паркинсона.

Предыдущая работа гарвардского профессора Карлы Шац и других ученых показала, что до того, как разовьется зрение, незрелая сетчатка спонтанно генерирует скоординированный каскад активности нервных клеток. Эта спонтанная активность была связана с развитием паттернов связей двух глаз в мозгу, которые отвечают за бинокулярное зрение. В самом последнем исследовании Солк и UCSD впервые показали, что эта ранняя спонтанная активность также имеет решающее значение для создания точных связей в мозгу, чтобы обеспечить высокую остроту зрения в более позднем возрасте. Без этих точных связей мозг не может обрабатывать четкое видение мира. Исследование опубликовано в номере журнала Neuron от 18 декабря.

Знание того, как именно мозг подключается во время развития, может дать подсказки для лечения болезней, когда эта точная схема не работает. Нервные травмы и заболевания, при которых происходит дегенерация нервных клеток, такие как болезнь Паркинсона, могут стать мишенями для новых лекарств, появившихся в результате этого исследования.

Деннис О'Лири, профессор молекулярной нейробиологии Тодд Маклафлин, постдокторский научный сотрудник Солкского университета, Марла Феллер, доцент Калифорнийского университета в Сан-Диего и докторант Калифорнийского университета в Сан-Диего и докторант Калифорнийского университета в Сан-Диего, Кристин Торборг обнаружили, что в течение одной критической недели после рождения, до того, как мышата могут Видите ли, им необходимо точно координировать активность нервных клеток сетчатки, чтобы создать то, что называется ретинотопической картой, детальным планом мозга о внешнем мире, передаваемым ему от сетчатки. Без этих волн ввода нервных клеток нервные клетки «имеют очень разрозненные связи со зрительными центрами в мозге и не имеют точного расположения, необходимого для создания точной карты и правильного зрения», — сказал О'Лири.

«Это исследование ответило на вопрос о том, как естественная скоординированная активность нервных клеток создает подробные карты в центрах обработки изображений мозга», — сказал он. «Мы выяснили, как работает мозг, чтобы преобразовать грубый набор связей в подробную карту. Эта работа также может рассказать нам, как в мозге создаются другие, не визуальные связи нервных клеток, и может помочь разработать более эффективные способы восстановления эффективных связей нервных клеток в случаях травм или дегенеративных расстройств, таких как болезнь Паркинсона».

Активность нервных клеток в глазах и зрительных областях мозга является случайной и быстрой до того, как молодой мозг подвергается воздействию света. Нервные клетки имеют тенденцию «перелетать» свои цели в мозге на этой стадии, создавая неорганизованные джунгли нервных связей; по мере развития мозг превращает эти нервные связи в эффективный процессор визуальной информации.

Используя мышей, у которых отсутствует ключевой рецептор нейротрансмиттера, который координирует эту волнообразную активность в глазу, О'Лири и его коллеги смогли идентифицировать нервные клетки, которые координировали свою активность возбуждения, чтобы устранить ненужные связи нервных клеток. Как только эти скоординированные действия были завершены у обычных мышей, мозг и глаз остались с четкими связями, а позже, когда началось настоящее зрение, — с детальным изображением окружающей среды.

«Исследование помогло нам оценить, как формируются эти точные карты», — сказал О'Лири. «Эти результаты имеют много значений, но самое главное, мы можем увидеть, могут ли нарушения в этом процессе привести к нарушениям зрения у людей».

Исследование было поддержано грантами Национального института глаз, фондов Клингенштейна, Макнайта и Уайтхолла, March of Dimes и Национального научного фонда.

Институт биологических исследований Солка, расположенный в Ла-Холья, Калифорния, является независимой некоммерческой организацией, занимающейся фундаментальными открытиями в области наук о жизни, улучшением здоровья и условий жизни человека и подготовкой будущих поколений исследователей. Джонас Солк, доктор медицины, основал институт в 1960 году благодаря подарку земли от города Сан-Диего и финансовой поддержке Фонда врожденных дефектов March of Dimes.