Работа глаза расшифрована. Можно делать искусственные
Исследователи из Института Солка (США) впервые смогли проследить работу отдельных нейронов сетчатки глаза и изучить нейронный код, используемый для передачи цветной визуальной информации из сетчатки в мозг. Соотнося определенные входящие визуальные сигналы с электрическими сигналами на сетчатке, ученые отследили нейронные схемы, которые соединяют отдельные фоторецепторы с ганглиозными клетками сетчатки и нейронами, переправляющими информацию в мозг.
Это позволит создать точную модель работы нашего главного сенсора и в случае необходимости вмешиваться в работу органа, добиваясь нужного эффекта – например, создавать имплантаты сетчатки с натуральными или даже усовершенствованными возможностями. До настоящего времени врачи работали с простейшими имплантатами, которые недалеко ушли от обычных очков. Подсоединение к нервной сети глаза также открывает огромные перспективы для лечения различных заболеваний. Например, в случае нарушения аккомодации можно будет без хирургического вмешательства в хрусталик или мышцы глаза просто исправить картинку программными методами – как это делает любая современная цифровая камера.
Уникальная система записи нервных сигналов позволила перевести загадочные процессы в сетчатке глаза в понятные алгоритмы, которые позволят моделировать человеческий орган зрения. На переднем плане видны записывающие электроды, а на заднем — ганглиозные клетки сетчатки.
Сложную работу удалось успешно проделать с помощью уникальной методики записи нервных сигналов, которая была разработана в Калифорнийском университете. Она позволяет одновременно делать более десяти миллионов записей микроскопических электрических сигналов, генерируемых сотнями нейронов сетчатки, каждую секунду. Метод имеет высокое разрешение, достаточное, чтобы обнаружить даже крошечные локальные и очень плотно расположенные карликовые ганглиозные клетки.
Ганглиозные клетки классифицируются по размеру, но несмотря на их различия, все они имеют одну общую черту — длинный аксон, который простирается в мозг и является частью зрительного нерва. Обработка визуального сигнала начинается тогда, когда фотоны, попадающие в глаз, ударяют по одной или нескольким (из 125 млн) чувствительных нервных клеток сетчатки. Этот первый слой клеток, которые известны как палочки и колбочки, преобразует информацию в электрические сигналы и передает их на промежуточный слой, который в свою очередь передает сигналы на 20 (или около того) различных типов ганглиозных клеток сетчатки.
Исследователи впервые одновременно записали данные с сотен ганглиозных клеток сетчатки. На основе определенных свойств (плотности и реакции на свет) были определены пять типов клеток: ON и OFF карликовые ганглиозные клетки, ON и OFF зонтиковые клетки и малые бирасслоеные (bistratified) клетки, на которые приходится около 75% всех ганглиозных клеток сетчатки.
Для выявления тонкой структуры рецепторных полей, через которые нейроны в сетчатке глаза «смотрят» на мир, ученые использовали световые стимулы размером в 10 раз меньше одного пиксела. В результате вместо распределенной равномерно чувствительности к свету, обнаружились точечные «острова», чувствительные к световой стимуляции и «острова», к ней нечувствительные. С помощью стимулирования места входа сигнала и скоростного считывания места выхода, удалось определить схему подключения клеток и всю структуру нейронной сети глаза, формирующей визуальное восприятие мира. Это позволило исследователям воссоздать полную картину формирования картинки на сетчатке глаза.
зрение, мозг, нейроны