Retina dalgaları - Retinal waves

Retina dalgaları kendiliğinden patlamaları aksiyon potansiyalleri gelişmekte olan ülkelerde dalga benzeri bir şekilde yayılan retina. Bu dalgalar daha önce meydana gelir kamış ve koni olgunlaşma ve öncesi vizyon meydana gelebilir. Retina dalgalarından gelen sinyaller dorsaldeki aktiviteyi yönlendirir. yanal genikülat çekirdek (dLGN) ve birincil görsel korteks. Dalgaların, ilk depolarizasyonu izleyen refrakterlik dönemleri tarafından belirlenen rastgele yönlerde komşu hücreler arasında yayıldığı düşünülmektedir. Retina dalgalarının, devrelerin erken bağlanabilirliğini tanımlayan özelliklere sahip olduğu düşünülmektedir ve sinapslar retinadaki hücreler arasında. Retina dalgalarının kesin rolü hakkında hala çok fazla tartışma var; bazıları, dalgaların retinojenikülat yolların oluşumunda öğretici olduğunu iddia ederken, diğerleri, aktivitenin gerekli olduğunu, ancak retinojenikülat yolakların oluşumunda öğretici olmadığını iddia etmektedir.

Keşif

Retina gelişimi sırasında kendiliğinden oluşan elektriksel aktivite kademelerinin varlığını teorileştiren ilk bilim adamlarından biri, hesaplamalı nörobiyolog David J. Willshaw'dı. Bitişik hücrelerin, birbirine bağlı pre-sinaptik ve postsinaptik hücrelerin katmanları aracılığıyla dalga benzeri bir oluşumda elektriksel aktivite oluşturduğunu öne sürdü. Yakın bir aralıktaki pre- ve postsinaptik hücreler boyunca yayılan aktivitenin, daha uzak olan pre- ve postsinaptik hücrelere kıyasla güçlü elektriksel aktiviteye yol açtığı ve bu da daha zayıf aktiviteyle sonuçlandığı düşünülmektedir. Willshaw, faaliyet sınırlarını belirlemenin ateşleme gücü ve hücrelerin konumundaki bu farklılığın sorumlusu olduğunu düşünüyordu. Retinotopik haritanın oluşumundan, komşu hücreden komşu hücreye rastgele bir hücre alanında başlayan ve hem pre- hem de postsinaptik katmanlar boyunca hareket eden yanal ateşleme hareketinin sorumlu olduğu düşünülmektedir. Elektriksel aktivite kademesini simüle etmek için Willshaw, elektriksel aktivitenin sinaptik öncesi ve sonrası hücre katmanları arasındaki hareketini gösteren bir bilgisayar programı yazdı. Willshaw'ın kendiliğinden paternli elektriksel aktivite dediği şey bugün retina dalgaları olarak adlandırılıyor.[1]

Bu tamamen teorik kavramdan, İtalyan bilim adamları Lucia Galli ve Lamberto Maffei, retinanın ganglion hücrelerindeki elektriksel aktiviteyi gözlemlemek için hayvan modellerini kullandılar. Galli ve Maffei'den önce, doğum öncesi gelişim sırasında retina gangliyon hücresi aktivitesi hiç kaydedilmemişti. Ganglion aktivitesini incelemek için Galli ve Maffei, elektriksel aktiviteyi kaydetmek için 17. ve 21. embriyonik günler arasında prematüre sıçan retinalarını kullandı. Bu çalışma için birkaç izole edilmiş tek hücre kullanıldı. Kayıtlar, hücre aktivitesinin ganglion hücrelerinden katalize edildiğini gösterdi. Galli ve Maffei, retina ganglion hücreleri retina sinaptik bağlantılarının oluşumundan ve projeksiyonlarından sorumlu olabilir. retina ganglion hücreleri için üstün kollikulus ve LGN.[2]

Retina dalgaları fikri yerleştikçe, nörobiyolog Carla Shatz Kullanılmış kalsiyum görüntüleme ve hareketini görselleştirmek için mikroelektrot kaydı aksiyon potansiyalleri dalga benzeri bir oluşum içinde. Kalsiyum görüntüleme ve mikroelektrot kaydı hakkında daha fazla bilgi için aşağıdaki bölüme bakın. kalsiyum görüntüleme komşu ile birlikte retina dalgalarının oluşumunu başlatan ganglion hücrelerini gösterdi amacrin hücreleri elektriksel aktivitenin hareketinde yer alan. Mikroelektrot kayıtlarının da gösterdiği düşünülüyordu LGN nöronlar, komşu retina gangliyon hücrelerinde dalga benzeri elektriksel aktivite oluşumu tarafından yönlendirilir. Bu sonuçlardan, elektriksel aktivite dalgalarının uzay-zamansal aktivite modelini yönlendirmekten sorumlu olduğu ve aynı zamanda oluşumunda da rol oynadığı öne sürülmüştür. görsel sistem doğum öncesi gelişim sırasında.[3]

Rachel Wong, retina dalgalarının çalışmasında yer alan başka bir araştırmacı. Wong, retinadaki elektriksel aktivitenin doğum öncesi gelişim sırasında retina projeksiyonlarının organizasyonunda yer aldığını düşünüyor. Daha spesifik olarak, elektrik aktivitesi, dLGN'nin ayrılması ve organizasyonundan sorumlu olabilir. Wong ayrıca görsel sistemin belirli bölümlerinin, örneğin oküler baskınlık sütunları tamamen gelişmesi için bir tür elektriksel aktivite gerektirir. Ayrıca retina dalgaları tarafından kodlanan sinyalleri çözebilmenin, bilim insanlarının retina dalgalarının retina gelişiminde nasıl bir rol oynadığını daha iyi anlamalarını sağlayabileceğine inanıyordu.[4]

Yürütülen en son araştırmalardan bazıları, geliştirme sırasında retina dalgalarının kodlanmış sinyallerini daha iyi anlamaya çalışıyor. Evelyne Sernagor tarafından yapılan araştırmaya göre, retina dalgalarının sadece spontan elektriksel aktiviteleri için gerekli olmadığı, aynı zamanda retina yollarının daha rafine hale gelmesine izin veren uzay-zamansal kalıpların oluşumunda kullanılacak bilgilerin kodlanmasından da sorumlu olduğu düşünülüyor. Bu kavramı test etmek için kaplumbağaları kullanan Sernagor, retina gelişiminin çeşitli aşamalarında retina dalgalarındaki değişime bakmak için kalsiyum görüntülemeyi kullandı. Çalışmadan, gelişimin ilk aşamalarında, retina dalgaları hızla ve tekrar tekrar patlayarak retinada büyük bir aksiyon potansiyeli dalgası olduğu düşünülen şeye neden oluyor. Bununla birlikte, kaplumbağa gelişimi tamamlanmak üzereyken, retina dalgaları yavaş yavaş yayılmayı durdurur ve bunun yerine retina ganglion hücrelerinin hareketsiz kümeleri haline gelir. Bunun bir sonucu olduğu düşünülmektedir GABA sürekli retina gelişimi sırasında uyarıcıdan inhibe edici hale geçme. Gelişim sırasında retina dalgası oluşumundaki değişimin kaplumbağalara özgü olup olmadığı hala büyük ölçüde bilinmemektedir.[5]

Diğer sistemlerdeki dalgaların gözlemlenmesi

Dalgaların kendiliğinden oluşması ve yayılması, gelişen devrelerde başka yerlerde görülür. Gelişimin erken dönemlerinde benzer senkronize spontan aktivite, nöronlarda görülmüştür. hipokamp, omurilik ve işitsel çekirdekler.[6]Nöronal bağlantıları şekillendiren desenli aktivite ve retina dahil olmak üzere çoklu sistemlerde sinaptik verimliliğin kontrolü, arasındaki etkileşimi anlamak için önemlidir. presinaptik ve sinaptik sonrası sinir sisteminin işlevi için gerekli olan hassas bağlantılar oluşturan hücreler.[4]

Geliştirme

Geliştirme sırasında, sinaps yoluyla iletişim, aşağıdakiler arasında önemlidir: amacrin hücreleri ve diğer retina internöronları ve ganglion hücreleri retina dalgaları için bir substrat görevi gören.[4]Memelilerde retina dalgalarının aktivitesini karakterize eden üç gelişim aşaması vardır. Doğumdan önce dalgalara sinaptik olmayan akımlar aracılık eder, doğumdan doğumdan on gün sonrasına kadar geçen süre boyunca dalgalara nörotransmiter aracılık eder. asetilkolin üzerinde hareket etmek nikotinik asetilkolin reseptörleri Doğumdan on gün sonrasından iki hafta sonrasına kadar olan üçüncü dönemdeki dalgalara iyonotropik glutamat reseptörleri aracılık eder.[7]

Kolinerjik dalga periyodu sırasında kimyasal sinapslar, yıldız patlaması amacrine hücreleri (SAC'ler) asetilkolini dalgaları yayan diğer SAC'lere salar. Bu dönemde, kolinerjik dalga üretimi, dalga üretimini aşar. boşluk kavşakları sinyalleri oldukça azaldı. Bu sinyal, bipolar hücreler iç pleksiform tabaka. SAC'lerin retina dalgalarının kaynağı olduğu düşünülmektedir çünkü spontan depolarizasyonlar sinaptik uyarılma olmaksızın gözlenmiştir.[7]

Kolinerjik dalga aktivitesi sonunda ölür ve salgılanır. glutamat içinde bipolar hücreler dalgalar üretir.[7] Bipolar hücreler, dalga davranışındaki bu değişimin nedeni olabilecek amacrin ve ganglion hücrelerinden daha geç farklılaşır.[4]Kolinerjik medyasyondan glutamaterjik meditasyona geçiş, bipolar hücreler ganglion hücreleriyle ilk sinaptik bağlantılarını yaptıklarında meydana gelir.[7] Bipolar hücrelerde bulunan nörotransmiter olan glutamat, ganglion hücrelerinde kendiliğinden aktivite oluşturur. Bipolar hücreler amacrin ve ganglion hücreleri ile sinaptik bağlantı yaptıktan sonra dalgalar hala mevcuttur.[4]

Retina dalgalarında yer alan ek aktivite aşağıdakileri içerir. Bazı türlerde GABA gangliyon hücrelerindeki patlamaların sıklığı ve süresinde rol oynadığı görülmektedir. Hücrelerin etkileşimleri, farklı test deneklerinde ve farklı olgunluk seviyelerinde, özellikle amacrin hücrelerinin aracılık ettiği karmaşık etkileşimlerde değişiklik gösterir. Boşluk bağlantıları yoluyla yayılan aktivite tüm test deneklerinde gözlemlenmemiştir; örneğin araştırmalar, gelincik retina gangliyon hücrelerinin çiftlenmediğini göstermiştir. Diğer çalışmalar, hücre dışı uyarıcı ajanların, potasyum dalga yayılmasında etkili olabilir. Araştırmalar, dalgaların üretimi için amacrin ve ganglion hücrelerinin sinaptik ağlarının gerekli olduğunu göstermektedir. Genel olarak, dalgalar üretilir ve retinanın yeni hücresel bileşenlerinin ve sinapsların eklendiği nispeten uzun bir gelişim dönemi boyunca devam eder. Retina dalgalarının mekanizmalarındaki varyasyon, hücreler arasındaki bağlantılardaki çeşitliliği ve retinadaki süreçlerin olgunlaşmasını açıklar.[4]

Dalgaların aktivite modeli

Dalgalar rastgele oluşturulur, ancak uzaysal olarak sınırlıdır. refrakter dönemi Hücrelerde aksiyon potansiyelleri patlamasından sonra üretilmiştir. Bir dalga tek bir yerde yayıldıktan sonra aynı yerde yayılamaz. Dalga kaynaklı refrakter alanlar yaklaşık kırk ila altmış saniye sürer. Araştırmalar, retinanın her bölgesinin bir dalga üretme ve yayma olasılığının eşit olduğunu gösteriyor. Refrakter periyot ayrıca hızı (birim zaman başına dalga cepheleri arasındaki mesafe) ve periyodikliği (dalga kaynaklı kalsiyum geçişleri veya ganglion hücre katmanındaki belirli bir nöronda kaydedilen depolarizasyonlar arasındaki ortalama zaman aralığı) belirler. Refrakter hücrelerin yoğunluğu ne kadar hızlı karşılık gelir. retina dalgaları yayılır, örneğin refrakter hücrelerin sayısı veya yoğunluğu düşükse, yayılma hızı yüksek olacaktır.[8]

Deneysel prosedürler

Dalgaların görselleştirilmesi

Retina dalgalarını görselleştirmenin iki temel yöntemi, kalsiyum görüntüleme ve çoklu elektrot dizisi. Kalsiyum görüntüleme, retinanın geniş bir alanı üzerindeki dalga paterninin analizine izin verir (çok elektrotlu kayıttan daha fazla). Bu şekilde görüntüleme, araştırmacıların uzay-zamansal özellikleri veya dalgaları, ayrıca dalga mekanizmasını ve gelişimdeki işlevini araştırmasına izin verdi.

Bozucu dalgalar

Retina dalgalarını bozmak için şu anda kullanılan üç ana teknik vardır: dalga modellerini değiştiren farmakolojik maddelerin göz içi enjeksiyonu, belirli amacrin hücre sınıflarını ortadan kaldıran immünotoksinlerin kullanılması veya kendiliğinden ateşleme modellerini değiştiren nakavt fare hatlarının kullanılması.[9] Retina aktivitesini bozmak için kullanılabilecek birkaç farmakolojik ajan vardır. Tetrodotoksin (TTX), lateral genikülat nöronların giden aktivitesine ek olarak, gelen retina aktivitesini bloke etmek için optik sistemin yakınına enjekte edilebilir.[10] Göz içi enjeksiyonları epibatidin Bir kolinerjik agonist olan, tüm retina ganglion hücrelerinin yarısında kendiliğinden ateşlenmeyi bloke etmek ve geri kalan yarısında ilişkisiz ateşlemeye neden olmak için kullanılabilir.[9] Farmakolojik ajanların retina ganglion hücre aktivitesi üzerindeki etkileri, MEA veya kalsiyum görüntüleme kullanılarak gözlenir. İmmünotoksinler, yıldız patlaması amacrin hücrelerini hedeflemek için kullanılabilir. Yıldız patlaması amacrin hücreleri, kolinerjik retina dalgalarından sorumlu retinal internöronlardır.[9] Üçüncü yöntem, değiştirilmiş kendiliğinden ateşleme modellerine sahip nakavt fareler kullanmaktır. Bu yöntem için en yaygın fare hattı, nöronal nikotinik asetilkolin reseptörü beta-2 alt birimi nakavttır (β2-nAChR-KO). β2-nAChR-KO farelerinin, epitbatidin enjeksiyonuna benzer şekilde göze özgü retinotopik arıtmanın azaldığı ve kalsiyum görüntüleme ve MEA kaydıyla gözlemlendiği gibi ilişkili dalgalar olmadığı gözlemlenmiştir.[9]

Nöronal gelişimde tartışmalı rol

Retina dalgalarının, retinojenikülat yolakta göze özgü projeksiyonların oluşumunda 'öğretici' veya 'izin verici' bir rol oynayıp oynamadığı konusunda halihazırda birçok tartışma vardır. Farmakolojik ajanların enjeksiyonları, göze özgü retinojenikülat girdilerinin oluşumunu engeller, bu da retina dalgalarının oluşumda rol oynadığını gösterir. β2-nAChR-KO farelerinin, kendiliğinden ateşleme modellerini değiştirdiği bulunmuştur. Şimdiye kadar nakavt hatlarında yapılan deneyler retina dalgaları hakkında bazı şeyleri açıklamaya yardımcı olurken, yalnızca deneylerin yapıldığını belirtmek önemlidir. in vivo Normal vücut sıcaklığında ve normal bir kimyasal ortamda, nakavt edilen hayvanlarda gerçek ateşleme modelinin ne olduğunu gerçekten belirleyebilir.[9][10]

Öğretici argüman

Retina dalga aktivitesinin, göze özgü retinojenikülat projeksiyonların oluştuğu dönemle çakıştığı bulunmuştur. Bu zamansal örtüşme, nedensel bir ilişki için gerekli olacaktır. Fetal kedilerde TTX enjeksiyonları, göze özgü retinojenikülat projeksiyonlarının oluşumunu engelledi, bu da göze özgü katmanların oluşumu için nöronal aktivitenin gerekli olduğunu gösteriyor.[10] Epibatidin ile tedaviden sonra, güçlü ateşlemeye rağmen retina gangliyon hücrelerinin geri kalan yarısında ilişkili ateşlemenin olmaması ve göze özgü katman oluşumunun olmaması, dalgaların eğitici bir rol oynadığının kanıtı olarak gösterilebilir.[9] İmmünotoksin kullanımını takiben kalsiyum görüntüleme gözlemi, bağlantılı voltaj kıskaç kaydının ilişkili ateşlemede önemli bir azalma gösterdiği yerlerde bazı ilişkili ateşlemelerin hala kaldığını gösterdi.[9] Kalan ilişkili ateşleme, bulunan göze özgü retinojenikülat projeksiyonlarının oluşumunu açıklayabilir. Kalsiyum görüntüleme ve MEA kaydı kullanılarak, bu hücrelerin ilişkili ateşlemeye sahip olmadığı gösterilmiştir. Bunun yerine, ateşleme oranlarının azaldığı gözlemlendi ve bir hücrede depolarizasyon, çevredeki hücreleri engellediği görüldü.[9] Β2-nAChR-KO farelerinin değiştirilmiş ateşleme modeli de tartışmalıdır, çünkü bir sonraki bölümde detaylandırıldığı gibi nakavt farelerde ilişkili ateşlemenin hala gerçekleştiğine dair bazı kanıtlar vardır.

Müsamahakar argüman

Göze özgü retinojenikülat yollar oluşturulurken retina dalgaları bulunmuştur; ancak, bugüne kadar incelenen tüm türlerde, retina dalgalarının bu göze özgü yollar oluşmadan önce başladığını ve sonra da devam ettiğini not etmek önemlidir. Ayrıca, retina dalgalarının çapraz çıkıntılara sahip olduğu belgelenen bazı türlerin de kaydedildiği belirtilmektedir. Bu, retina dalgalarının mevcut olabileceğini ve göze özgü girdilerde öğretici bir rol oynayamayacağını göstermektedir.[10] Retina aktivitesini bloke etmek için farmakolojik madde kullanımından elde edilen verilere bakılırken dikkate alınması gereken birkaç konu vardır. Birincisi, sağlam bir hayvanda retina aktivitesini uzun bir süre boyunca izlemek henüz mümkün olmadığından TTX ile tedavinin uzun vadeli etkileri bilinmemektedir.[10] Uzun süreli TTX enjeksiyonunun engellemediği ve bunun yerine sadece göze özgü tabaka oluşumunu geciktirdiği bulgusu, TTX'in retina aktivitesi üzerindeki daha uzun süreli etkilerinin azalmasıyla açıklanabilir. Bu, tüm retina aktivitesini bloke etmenin göze özgü projeksiyon oluşumunu önlediği iddiasını desteklemektedir.[10] Ayrıca, yıldız patlaması amacrin hücrelerini öldürmek için immünotoksin tedavisi, epibatidin ile tedavi yaparken göze özgü retinojenikülat çıkıntılarının oluşumunda hiçbir fark göstermediğinden, göze özgü tabaka oluşumu için bir tür retina aktivitesinin gerekli olduğunu, ancak retina için gerekli olmadığını öne sürebilir. dalgalar.[10] Bir çalışma, β2-nAChR-KO farelerinin, daha önce bildirilenlerin aksine, hala güçlü retinal dalga aktivitesine sahip olduğunu gösterdi; bununla birlikte, retina dalgalarının, kolinerjik transmisyon vahşi tip fareler gösterimi yerine nakavt hattındaki boşluk bağlantıları kullanılarak yayıldığını bulmuşlardır.[10]

Referanslar

  1. ^ Willshaw, D.J .; Der Malsburg, C. Von (1976). "Desenli Sinirsel Bağlantılar Kendi Kendine Örgütlenerek Nasıl Kurulabilir". Londra Kraliyet Cemiyeti Bildirileri. Seri B, Biyolojik Bilimler. 194: 1117.
  2. ^ Galli, L .; Maffei, L. (1988). "Prenatal Yaşamda Sıçan Retina Ganglion Hücrelerinin Spontan Dürtü Aktivitesi". Bilim. 242.
  3. ^ Shatz, CJ (1996). "Görsel sistem geliştirmede düzenin ortaya çıkışı". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 93: 602–608. doi:10.1073 / pnas.93.2.602.
  4. ^ a b c d e f Wong, R.O.L. (1999). "Retina dalgaları ve görsel sistem gelişimi". Yıllık Nörobilim İncelemesi. 22.
  5. ^ Sernagor, E .; Mehta, V. (2001). "Turtal retina fonksiyonunun olgunlaşmasında erken nöral aktivitenin rolü". Anatomi Dergisi. 199.
  6. ^ Wong, R.O.L. (1999). "Retina dalgaları: fırtınayı karıştırmak". Nöron. 24 (3): 493–495. doi:10.1016 / s0896-6273 (00) 81102-2.
  7. ^ a b c d Ford, K. ve M. Feller. "İç Pleksiform Katmanda Erken Retina Devrelerinin Oluşumu." Webvision: Retina ve Görsel Sistemin Organizasyonu. 27 Ocak 2012. Web. Webvision
  8. ^ Firth, S.I .; Wang, C.T .; Feller, M.B. (2005). "Retina Dalgaları: Görsel Sistem Geliştirmede Mekanizmalar ve İşlev". Hücre Kalsiyum. 37 (5).
  9. ^ a b c d e f g h Feller, M. (2009). "Retina dalgaları, göze özgü retinojenikülat projeksiyonlarının oluşumunu yönlendirebilir". Sinirsel Gelişim. 4: 24. doi:10.1186/1749-8104-4-24. PMC  2706239. PMID  19580682.
  10. ^ a b c d e f g h Chalupa, L.M. (2009). "Retina dalgalarının, göze özgü retinojenikülat projeksiyonlarının oluşumuna yol açma olasılığı düşüktür". Sinirsel Gelişim. 4: 25. doi:10.1186/1749-8104-4-25. PMC  2706240. PMID  19580684.

daha fazla okuma