Типы нейронов сетчатки - с точки зрения нейрофизиологии

Фоторецепторы связаны с двумя слоями нейронов в сетчатке. Первый после палочек и колбочек слой содержит три типа клеток: биполярные, горизонтальные и амакриновые (рис. 1). Фоторецепторы связаны с биполярными клетками, которые в свою очередь связаны с ганглиозными клетками.

Рисунок 1. Клетки сетчатки. Нейроны сетчатки — биполярные, горизонтальные, амакриновые и ганглиозные клетки — образуют два слоя на поверхности сетчатки и находятся кпереди от палочек и колбочек. Свет должен пройти через оба прозрачных слоя нейронов, чтобы достичь фоторецепторов. Клетки Мюллера простираются от внешней к внутренней части сетчатки

Горизонтальные клетки образуют латеральные тормозные связи между соседними фоторецепторами, ограничивая диффузное распространение сигнала по сетчатке. Амакриновые клетки регулируют связи между биполярными и ганглиозными клетками сетчатки (ГКС). Аксоны ГКС собираются в пучок в области диска зрительного нерва и покидают глаз, формируя зрительный нерв. ГКС особенно чувствительны к повышению внутриглазного давления, которое может привести к слепоте (см. разд. «Клинические аспекты: Глаукома»),

Ганглиозные клетки сетчатки делятся на два основных типа, которые у приматов называются М- и Р-клетками. Обозначения происходят от разных популяций клеток зрительного таламуса, в которые эти два типа ГКС направляют свои аксоны. Как показано на рис. 2, одна популяция крупноклеточная из магноцеллюлярных (М) клеток (magnocellular), другая мелкоклеточная из парвоцеллюлярных (Р) клеток parvocellular).

Рисунок 2. Зрительный таламус. Зрительный нерв образует связь с латеральным коленчатым телом (ЛКТ) таламуса. ЛКТ состоит из шести слоев: два магноцеллюлярных (крупноклеточных) слоя, которые получают вход в основном от палочек, и четыре парвоцеллюлярных (мелкоклеточных) слоя, получающих вход преимущественно от колбочек

Более крупные, М-клетки, получают входы от палочек и колбочек одного из трех типов, поэтому у них широкий диапазон чувствительности к свету, но не к цвету; более мелкие Р-клетки получают свой вход только от колбочек и поэтому чувствительны к цвету.

P.S. М-клетки (от лат. magno — большой). Р-клетки (от лат. parvo — маленький).

М-клетки расположены по всей сетчатке, включая ее периферию, где мы способны воспринимать движение, но не чувствительны к цвету или мелким деталям. Р-клетки находятся в основном в области центральной ямки, где мы чувствительны к цвету и мелким деталям. Если проследить за расположением аксонов ганглиозных клеток в головном мозге, можно увидеть, что различия между двумя типами ГКС сохраняются на всем протяжении зрительного пути.

В сетчатке также есть особые глиальные клетки, называемые клетками Мюллера, которые простираются от ее внутренней поверхности до фоторецепторов, расположенных на задней поверхности сетчатки, и действуют как оптические волокна, направляющие свет к фоторецепторам (см. рис. 1).

Хотя основная функция глаза заключается в формировании изображений, глаз также участвует в сборе информации об интенсивности освещения. Крошечная подгруппа ганглиозных клеток сетчатки (около 1%) содержит меланопсин, светочувствительный белок, и, таким образом, формирует третий тип фоторецепторов в глазу. Эти фоторецепторы синхронизируют циркадные ритмы, регулируют размер зрачка и участвуют в регуляции выброса мелатонина.

а) Клинические аспекты: Глаукома. Глаукома — группа заболеваний глаз, при которых поражается зрительный нерв, является наиболее частой причиной необратимой слепоты и основной целью исследований, направленных на восстановление зрения. Аксоны ганглиозных клеток сетчатки (ГКС) образуют зрительный нерв, и если эти клетки погибли или не функционируют, зрение нарушается.

Таким образом, клиническая цель лечения глаукомы — восстановление функциональных свойств ГКС или замена их после травмы. Трудность лечения глаукомы заключается в том, что аксоны ГКС не способны к самостоятельной регенерации и после гибели ГКС, их невозможно заменить. Вследствие широкой распространенности данного типа слепоты основным направлением исследований Национального института глаз США является поиск способов восстановления ГКС и их связей с мозгом.

Одной из стратегий восстановления зрения при глаукоме является стимуляция регенерации аксонов ГКС. Эндрю Хуберман и его коллеги (Lim et al., 2016) воздействовали на активность генов, а также использовали зрительную стимуляцию для усиления нейронной активности ГКС у мышей с поврежденными аксонами ГКС. Ученые запустили механизм стимуляции роста клеток, так называемый сигнальный путь mTOR, и в то же время неоднократно предъявляли высококонтрастные черно-белые изображения.

Такая комбинация воздействий способствовала восстановлению многих утраченных связей ГКС с их правильными локализациями в мозге и позволила частично восстановить зрение. Авторы полагают, что следующим шагом будет поиск дополнительных источников стимуляции нейронной активности в ГКС для усиления регенерации их связей и более полного восстановления зрения.

Два возможных способа лечения, способствующих восстановлению зрения. А. В поврежденный глаз можно ввести здоровые ГКС, чтобы потенциально восстановить потерянное зрение. Б. Зрительный протез, имплантированный в глаз, может преобразовывать свет в электрические сигналы, а затем передавать их на ГКС.

Вторая стратегия восстановления зрения при глаукоме состоит в замене ГКС путем трансплантации здоровых клеток от недавно умерших доноров. Исследования на крысах показали, что трансплантированные ГКС приживаются, реагируют на световые стимулы и формируют аксоны, достигающие своих целевых областей в мозге (Venugoplalan et al., 2016). И хотя эта процедура еще не может быть использована в клинике, она, по-видимому, является наиболее перспективным вариантом лечения слепоты, вызванной гибелью ГКС.

Однако все виды потери зрения напрямую связаны с гибелью ГКС. Если фоторецепторы функционируют неправильно или погибают, как это происходит при пигментном ретините (ПР), то также развивается слепота. Несколько возможных методов лечения находятся в стадии активной разработки. Один из них — имплантация в глаз специальных протезов, которые преобразуют свет в электрические сигналы, а затем передают их на ГКС.

Другой вариант — вживление светочувствительных ионзависимых каналов для восстановления функций рецепторов. Предварительные результаты на нечеловекообразных приматах и на людях показывают, что такой подход может способствовать восстановлению зрения и дать возможность читать.

Другой подход, разрабатываемый одновременно двумя независимыми исследовательскими группами, предполагает использование на моделях мышей ПР технологии CRISPR для репрограммирования генов, экспрессируемых в палочках. Это направление дает возможность увеличить количество колбочковидных клеток с восстановлением зрительной функции (Yu et al., 2017; Zhu et al., 2017).

Все перечисленные стратегии восстановления зрения при использовании как по отдельности, так и в комбинации обещают реальную возможность восстановления зрения (см. обзор Laha et al., 2017).

- Читать далее "Зрительные пути - с точки зрения нейрофизиологии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 12.9.2023