Младенцы в утробе могут видеть больше, чем мы думали
К второму триместру, задолго до того, как глаза ребенка смогут видеть изображения, они уже способны обнаруживать свет.
Светочувствительные клетки в развивающейся сетчатке — тонком слое ткани, похожей на мозг, в задней части глаза — считались простыми переключателями «включено-выключено», предположительно нужными для настройки 24-часовых циркадных ритмов.
Ученые из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что эти простые клетки фактически общаются друг с другом как часть взаимосвязанной сети. Это придает сетчатке большую светочувствительность, чем считалось ранее, и может усиливать влияние света на поведение и развитие мозга непредсказуемыми способами.
В развивающемся глазу около 3% ганглиозных клеток — клеток сетчатки, отправляющих сигналы в мозг через зрительный нерв — чувствительны к свету. На сегодня обнаружено около шести различных подтипов, которые связываются с различными областями мозга. Некоторые взаимодействуют с супрахиазматическим ядром для настройки внутренних часов на цикл день-ночь. Другие посылают сигналы в область, заставляющую зрачки сужаться при ярком свете.
Но некоторые связываются с неожиданными зонами: перихабенулой (регулирует настроение) и миндалевидным телом (отвечает за эмоции).
Недавние данные на мышах и обезьянах показывают, что эти ганглиозные клетки также общаются друг с другом через электрические соединения — щелевые контакты (gap junctions). Это указывает на гораздо большую сложность в незрелых глазах грызунов и приматов, чем предполагалось.
«Учитывая разнообразие этих ганглиозных клеток и то, что они проецируются во многие части мозга, я задаюсь вопросом, играют ли они роль в том, как сетчатка подключается к мозгу», — сказала Марла Феллер, старший автор статьи в журнале Current Biology. «Возможно, не для зрительных цепей, а для поведения, не связанного со зрением. Это может объяснять не только рефлекс сужения зрачка и циркадные ритмы, но и такие проблемы, как свет-индуцированные мигрени, или почему светотерапия работает при депрессии».
Параллельные системы в развивающейся сетчатке
Эти клетки, называемые внутренне фотосенситивными ганглиозными клетками сетчатки (ipRGCs), были открыты всего 10 лет назад. Они функционируют параллельно со спонтанными «сетчаточными волнами» в развивающейся сетчатке, которые критически важны для настройки правильных сетей мозга для обработки изображений в будущем.
«Мы думали, что они (мышата и человеческий плод) слепы на этой стадии развития, — сказала Феллер. — Оказывается, они связаны друг с другом, что стало неожиданностью».
Аспирант Франклин Каваль-Хольм с помощью двухфотонной кальциевой визуализации, регистрации целых клеток, фармакологии и анатомических методов показал, что шесть типов ipRGCs в сетчатке новорожденной мыши соединяются электрически через щелевые контакты. Эта сеть не только обнаруживает свет, но и реагирует на его интенсивность, которая может варьироваться почти в миллиард раз.
Цепи щелевых контактов были критически важны для светочувствительности у одних подтипов ipRGCs, но не у других. Это дает возможность определить, какие подтипы ipRGCs обеспечивают сигнал для конкретных незрительных поведенческих реакций на свет.
«Избегание света, которое развивается у детенышей очень рано, зависит от интенсивности», — сказал Каваль-Хольм. Это предполагает, что данные нейронные цепи могут быть вовлечены в такое поведение.
Исследователи также нашли доказательства, что эта цепь самонастраивается, адаптируясь к интенсивности света, что, вероятно, играет важную роль в развитии.
«Раньше было показано, что эти светочувствительные клетки важны для таких вещей, как развитие кровеносных сосудов в сетчатке и синхронизация циркадных ритмов со светом. Но это были реакции по типу "свет есть / света нет". Наши данные говорят, что они фактически пытаются кодировать множество различных интенсивностей света, передавая гораздо больше информации, чем считалось ранее», — заключила Феллер.