Подобно автоматической фокусировке камеры, наши глаза и мозг должны постоянно перекалиброваться, чтобы мы могли четко видеть меняющийся – и всегда движущийся – мир вокруг нас. Недавно два исследования, финансируемые Национальным институтом глаз (NEI), показывают, как схема этой координации глаза и мозга собирается на раннем этапе эмбрионального развития.
"Датчики в глазу обнаруживают движение и подключаются к мозгу правильным образом, чтобы сообщить вашим глазам, чтобы они двигались в правильном направлении, не размывая изображения," сказал Эндрю Д. Хуберман, к.D., из Калифорнийского университета в Медицинской школе Сан-Диего, который провел одно из новых исследований.
Скажем, например, что вы бежите, чтобы поймать свою очень быструю, очень маленькую песчанку. Песчанка движется, а вы движетесь, поэтому для того, чтобы сосредоточиться на песчанке, вашим глазам нужна система, компенсирующая оба источника движения. Эта способность компенсировать движение обеспечивается дополнительной оптической системой. Дополнительная оптическая система управляет диалогом между мозгом и определенными клетками сетчатки, которые обнаруживают движение, так называемые ганглиозные клетки сетчатки, избирательные по направлению (RGC). Каждый избирательный по направлению RGC стимулируется визуальным движением в определенном направлении и подавляется движением в других направлениях.
Используя модели мышей, Хуберман привел команду, продемонстрировавшую, что два белка, контактин-4 и белок-предшественник амилоида, действуют на раннем этапе развития, создавая и укрепляя вспомогательную оптическую систему.
Хуберман и его команда пометили определенные целевые группы нейронов во вспомогательной оптической системе, а затем окрашивали срезы ткани антителом, специфичным к контактину-4. Они обнаружили, что эти клетки в дополнительной оптической системе экспрессируют (включают) ген Contactin-4 в то время, когда система развивается.
Используя модель мышей с мутированным геном Contactin-4, они показали, что функция Contactin-4 очень специфична для избирательных по направлению RGC. У этих мышей с мутированным Контактным-4, избирательные по направлению RGC в глазу неправильно взаимодействовали с мозгом. Аналогичным образом, в отсутствие белка-предшественника амилоида, который связывается с Контактином-4, нормальных глазных и мозговых связей не происходило.
В другом исследовании, в соавторстве с Хуберманом и под руководством Алексея Колодкина, к.D., из Университета Джона Хопкинса исследователи далее описывают, как селективные по направлению RGC устанавливают точные и дальнодействующие связи с мозгом.
Из предыдущих исследований Колодкин и его группа показали, что специальные белки, называемые семафоринами, действуют как проводники, помогая управлять аксонами – длинными усиками нервных клеток – по мере их роста от сетчатки к своим мишеням в мозге. Но как эти аксоны попали в цель, оставалось загадкой. В текущем исследовании группа Колодкина использовала модели мышей для изучения функции другого типа белка, называемого плексинами. Оказывается, плексины действуют как своего рода приманка в целевой области мозга для привлечения аксонов RGC на раннем этапе развития. В то же время семафорины действуют как рецепторы на аксонах RGC, позволяя им распознавать приманку, как только они ее достигли. Кроме того, группа Колодкина обнаружила, что отсутствие правильной связи между глазом и мозгом привело к глубоким дефектам стабилизации изображения.
"Оба исследования продвигают наше понимание того, как аксоны в глазу достигают определенных целей в головном мозге, что является важным шагом в разработке новых методов лечения людей со слепящими глазными заболеваниями, влияющими на зрительную систему, такими как оптическая невропатия или глаукома," сказал Томас Гринвелл, доктор философии.D., Директор программ NEI Retinal Neuroscience и Central Visual System Development and Regeneration.
Регенерация нейронов в глазу и их повторное соединение с мозгом для восстановления зрения – краеугольный камень инициативы Audacious Goals Initiative (AGI) NEI. В рамках AGI NEI провела семинар в Вашингтоне, штат Дании.C. 19 ноября 2014 г. основное внимание уделялось регенерации зрительного нерва. Хуберман был участником и соавтором резюме семинара, в котором описаны стратегии и проблемы для разработки новых методов лечения зрительного нерва.