Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Nikolls_-_Ot_neyrona_k_mozgu

.pdf
Скачиваний:
40
Добавлен:
13.03.2016
Размер:
16.96 Mб
Скачать

Глава 19. Передача и кодирование сигнала в сетчатке глаза

423

 

 

 

Рис. 19.9. Сравнение аминокислотных последовательностей красного, зеленого и синего пигмента друг с другом и с родопсином. Каждая черная точка показывает различие в аминокислоте. (А и В) Голубой и зеленый пигмент сравниваются с родопсином. (С) Зеленый и красный пигмент сравниваются друг с другом. Первичные последовательности красного и зеленого пигментов удивительно сходны.

Fig. 19.9. Comparisons of Ammo Acid Sequences of red, green, and bue pigments with each other a id with rhodopsin. Each black dot represents an amino acid difference. (A and B) Blue and green pigments compared with rhodopsin. (C) Green and red pigments compared. The sequences of red and green pigments dre highly similar. (From Nathans, 1989.)

Эти точные и дальновидные предсказания были подтверждены серией различных наблюдений. При помощи спектрофотометрии Вальд, Браук, МакНикол и Дартнэл с коллегами8, 9, 14) показали наличие в сетчатке человека трех типов колбочек с различными пигментами (рис. 19.8А). Также Бейлор с коллегами сумели отвести токи от колбочеч обезьян и человека, показанные на рис. 19.8Β15). Было обнаружено, что три популяции колбочек имеют различные, но перекрывающиеся диапазоны чувствительности к голубой, зеленой и красной части спектра. Оптимальные длины волн для возбуждения электрических сигналов в точности совпали с пиками поглощения света зрительными пигментами, установленными при помощи спектрофотометрии и при психофизических экспериментах по измерению чувствительности глаза к цветовому спектру (рис. I9.8C). В конечном итоге Натаисом16)--18) были клонированы и секвенированы гены, кодирующие пигмент опсин в трех типах колбочек, чувствительных к красному, зеленому и голубому спектру.

Каким же образом молекулы различных зрительных пигментов способны предпочтительно улавливать свет определенной длины волны? Оказывается, родопсин — зрительный пигмент палочек и все три зрительных пигмента колбочек содержат в своем составе один и тот же хромофор, 11-цис-ретиналь. Однако аминокислотные последовательности белковой части пигмента отличаются друг от друга (рис. 19.9). Различиями всего в нескольких аминокислотах и объясняется различная их чувствительность к спектру.

Цветовая слепота

Хотя один тип фоторецептора не способен сам по себе воспринимать цвет, три типа колбочек, как показано на рис. 19.9, уже способны. В принципе, двух типов колбочек с различными пигментами было бы достаточно для распознавания цвета, однако в этом случае ряд комбинаций длин волн воспри-

424

Раздел III. Интегративные механизмы

Рис. 19.10. «Темновой» ток в палочке. (А) В темноте ионы натрия проходят через катионные каналы в наружном сегменте палочек, вызывая деполяризацию; ионы кальция также способны проходить через зти катионные каналы. Петля тока проходит через перешеек палочки за счет того, что калиевый ток течет в направлении наружу во внутреннем сегменте мембраны. (В) Когда происходит освещение наружного сегмента, каналы закрываются изза уменьшения внутриклеточной концентрации цГМФ, и палочка гиперполяризуется. Гиперполяризация проводит к уменьшению высвобождения медиатора. Концентрации натрия, калия и кальция поддерживаются внутри палочки специальными насосами и ионообменниками, расположенными в области внутреннего сегмента (черные кружки). Транпортеры кальция также находятся и в наружном сегменте.

Fig. 19.10. Dark Current in a Rod. (A) In darkness, sodium ions flow through cation channels of the rod outer segment, causing a depolarization; calcium ions also enter through the cation channels. The current loop is completed through the neck of the rod with the outward movement of potassium through the inner segment membrane. (B) When the outer segment is illuminated, the channels cbse because of a decrease in intracellular cyclic GMP, and the rod then becomes hyperpolarized. This hyperpolarization reduces transmitter release. Sodium, potassium, and calcium concentrations of the rod are maintained by pumps and exchangers in the inner segment (black circles); calcium exchangers are also present in the outer segment. (After Baylor, 1987.)

нимался бы одинаково. Подобная ситуация возникает в случае, когда человек страдает цветовой слепотой. У таких людей, как было показано Натансом, имеются генетические дефекты, приводящие к отсутствию одного из пигментов. С высоты нынешнего состояния науки мы не можем не поразиться тому, как красиво молекулярные механизмы подтверждают блистательные и на удивление точные размышления Янга и Гельмгольца. Их идея о том, что основные атрибуты цветного зрения и цветовой слепоты должны быть обнаружены в самих фоторецепторах, были подтверждены при помощи прямых физиологических измерений, а также при изучении различий в строение пигментов на генетическом и белковом уровнях.

§ 4. Передача сигнала в фоторецепторах

Каким образом фотоизомеризация родопсина приводит к изменению мембранного потенциала? На протяжении многих лет было понятно, что необходим какой-то внутренний посредник для возбуждения электрических сигналов в палочках и колбочках. Одной из причин подозревать, что информация о поглощении фотонов в области наружного сегмента палочки передается при помощи переносчика, был тот факт, что сам пигмент родопсин находится внутри диска, а сигнал распространяется через цитоплазму до внешней мембраны. Второй причиной было значительное усиление ответа. Бейлор с коллегами19), изучая фоторецепторы черепахи, показал, что уменьшение мембранной проводимости и регистрируемых электрических сигналов возникает уже при поглощении всего одного фотона и активации одной из 108 пигментных молекул.

Последовательность событий, при которых активировавшаяся молекула фотопигмента изменяет мембранный потенциал, была выяснена при изучении наружных сегментов палочек и колбочек, используя методы двухэлектродной фиксации потенциала и методов молекулярной биологии. Схема передачи сигнала от поглощения фотона света до электрического сигнала показана на рис. 19.10.

В темноте в наружных сегментах палочек и колбочек протекает постоянный входящий «темновой» ток20). В результате их мембран-

Глава 19. Передача и кодирование сигнала в сетчатке глаза

425

Рис. 19.11. Роль цГМФ в открытии натриевых каналов наружного сегмента палочек. Проводилась регистрация активности одиночных каналов при помощи inside-out patch clamp, находящихся в растворе с разной концентрацией цГМФ. Открытие канала приводит к отклонению тока вверх. Частота открытия каналов была очень низка в контроле, добавление цГМФ приводило к увеличению частоты открытия одиночных каналов, которая прямо зависела от концентрации цГМФ

Fig. 19.11. Role of Cyclic GMP in Opening Sodium Channels in rod outer segment membranes. Single-channel recordings made from inside-out patches bathed in various concentrations of cyclic GMP. Channel opening causes deflections in the upward direction. The frequency of channel opening is extremely low in control recordings. Addition of cyclic GMP causes single-channel openings, the frequency of which increases with increased concentration. (After Baylor, 1987.)

ный потенциал составляет порядка -40 мВ, что далеко от равновесного калиевого потенциала ЕК, составляющего —80 мВ. Входящий ток в темноте переносится в основном ионами натрия, следующими по электрохимическому градиенту через катионные каналы наружного сегмента. Гиперполяризация фоторецептора при действии света обусловлена закрытием этих каналов, что приводит к сдвигу мембранного потенциала в сторону ЕК.

Свойства каналов фоторецептора

Катионные каналы наружного сегмента при физиологических условиях имеют соотношение в проводимости ионов кальция/натрия/калия как 12,5 : 1,0 : 0,7 и проводимость одиночного канала около 0,1 пСм21). Из-за того, что концентрация натрия гораздо выше, чем концентрация кальция, около 85 % входящего тока приходится на ионы натрия. Движущая сила ионов калия направлена наружу клетки. При прохождении канала ионами кальция, эти ионы прочно связываются со стенкой поры и мешают, таким образом, проведению других ионов. Именно из-за этого удаление кальция из внеклеточной среды приводит к более легкому прохождению ионов калия и натрия через каналы, проводимость которых возрастает до 25 пСм.

Фесенко, Яу, Бейлор, Страйер с коллегами22)--24) показали, что циклическая ГМФ играет роль внутреннего переносчика сигнала от диска к поверхности мембраны. Как показано на рис. 19.11, высокая концентрация цГМФ в цитоплазме поддерживает катионные каналы в открытом состоянии. При уменьшении концентрации цГМФ с внутренней поверхности мембраны открытие катионных каналов становится редким событием. Таким образом, мембранный потенциал фоторецепторов является отражением концентрации цГМФ в цитоплазме: чем выше концентрация цГМФ, тем больше деполяризация клетки. Концентрация же цГМФ, в свою очередь, зависит от интенсивности падающего света. Повышение интенсивности света приводит к уменьшению концентрации цГМФ и уменьшает долю открытых каналов. В отсутствии цГМФ почти все каналы закрыты, и сопротивление мембраны наружного сегмента приближается к значению сопротивления липидного бислоя.

Молекулярная структура цГМФ-управляемых каналов

Была выделена кДНК для ионных каналов наружного сегмента палочек и определены аминокислотные последовательности субъединиц данных каналов в сетчатке человека, быка, мыши и курицы. Было обнаружено значительное сходство ДНК для этих и других цГМФ-управляемых ионных каналов — например, найденных в обонятельной

426

Раздел III. Интегративные механизмы

Рис. 19.12. Механизм активации G-белка при активации молекулы фотопигмента. G-белок трансдуцин связывает ГТФ в присутствии метародопсина II, что приводит к активации фосфодиэстеразы, которая, в свою очередь, гидролизует цГМФ. При падении концентрации цГМФ закрываются натриевые каналы.

Fig. 19.12. Coupling of Photopigment Activation to G Protf'n Activrtion The G protein transdtcin binds

GTP in 1це presence of

metarhodopsin

II, leading to

activation

 

of

pho'nhodiesterase,

which in

turn

hy d'olyzes

cyclic

GMP.

With

the

reduced

concentration of cyclic GMP, sodium channels close. (After Baylor, 1987.)

системе25· 26) . Мембранные участки этих каналов проявляют структурные сходства с другими катион-селективными каналами, особенно в области S4 и в области, формирующей ионную пору (глава 3). Ионные каналы фоторецептора являются тетрамерами, составленными, по крайней мере, из 2 различных белковых субъединиц α и β с молекулярной массой 63 и 240 кДа соответственно. Внутриклеточные места связывания нуклеотидов расположены около карбоксильного конца α и β-субъединиц27). Экспрессия этих субъединиц в ооцитах приводит к формированию катионных каналов, имеющих свойства подобные каналам, расположенным в наружных сегментах палочек: они активируются цГМФ и имеют ожидаемые соотношения проводимости и проницаемости28).

Метаболический каскад циклического ГМФ

Цепочка событий, приводящих к уменьшению концентрации цГМФ и к последующему закрытию ионных каналов, показана на рис. 19.12. Уменьшение внутриклеточной концентрации цГМФ вызывается светом, приводящим к образованию метародопсина II, промежуточного продукта в распаде фотопигмента (см. рис. 19.7). Метародопсин II

воздействует, в свою очередь,

на G-белок трансдуцин, который состоит из 3

29, 30)

·

полипептидных цепей — α, β и γ*

 

Взаимодействие метародопсина II и трансдуцина приводит к замене связанной с G- белком молекулы ГДФ на ГТФ ( глава 10). Это активирует α)субъединицу G-белка, которая отделяется от β- и γ-субъединиц и, в свою очередь, активирует расположенную в примембранной области фосфодиэстеразу: фермент, который гидролизует цГМФ. Концентрация цГМФ падает, становится меньше открытых ионных каналов, палочка гиперполяризуется. Каскад прерывается при фосфорилировании С-конца активного метародопсина II. Ключевая роль цГМФ в регулировании состоянии катионных каналов была подтверждена биохимическими экспериментами. Освещение фоторецепторов может вызвать 20 % падение уровня цГМФ в клетке13).

Рецепторы позвоночных, деполя ризующиеся при действии света

Интересным исключением из механизма фоторецепции, приведенного выше, являются некоторые рецепторы позвоночных. У ящериц есть третий глаз, расположенный на макушке. В нем находятся маленькие «кол-

Глава 19. Передача υ кодирование сигнала в сетчатке глаза

427

бочки», способные воспринимать изображение, сходное с воспринимаемым основными (боковыми) глазами. Эти фоторецепторы, однако, примечательны тем, что деполяризуются при освещении31, 32). Каналы, управляемые нуклеотидами, здесь имеют сходное строение и функционирование с фоторецепторами других позвоночных, за одним исключением: активация фоторецептора и G-белка приводит к увеличению концентрации цГМФ. В результате этого каналы наружного сегмента открываются, и катионы направляются внутрь клетки, формируя «световой» ток. Это происходит благодаря угнетению активности фосфодиэстеразы в темноте. В результате в глазу ящерицы происходит следующая последовательность событий:

свет —> [цГМФ]—> открытие катионных каналов наружного сегмента —>

—> деполяризация.

Усиление сигнала в каскаде цГМФ

Двухэтапный каскад цГМФ обеспечивает значительное усиление исходного сигнала, чем и объясняется исключительная чувствительность палочек к свету. Во-первых, одна молекула активного метародопсина II катализирует присоединение многих молекул ГТФ вместо ГДФ и, таким образом, освобождает сотни α-субъединиц G-белка 33). Во-вторых, каждая α-субъединица активирует одну молекулу фосфодиэстеразы в диске, которая способна расщепить огромное количество молекул цГМФ, находящихся в цитоплазме, и таким образом привести к закрытию большого количества каналов.

Сигналы в ответ на одиночные кванты света

Данные о том, что одиночные кванты света могут вызывать воспринимаемое ощущение света, вызвали большое количество вопросов. Насколько велик этот единичный ответ? Каким образом этот сигнал выделяется

Рис. 19.13. Метод регистрации мембранных

токов

в

наружном

сегменте

 

 

палочек.

Специальный

электрод с

тонким

 

 

кончиком

подсасывается

 

к

наружному

 

сегменту

палочки,

выступающему из

кусочка

сетчатки жабы.

Узконаправленный

пучок

света освещает

строго

одну

фоторецепторную

клетку. Так как электрод плотно охватывает клетку, можно зарегистрировать любой ток, текущий в клетку или из клетки.

Fig. 19.13.

Method

for

Recording

 

Membrane

Currents of a Rod Outer

Segment.

A

suction

electrode

with

a fine

tip is

used to suck up the outer segment of a rod that protrudes from a piece of toad retina. Slits of light illuminate the receptor with precision. Since the electrode fits tightly around the photoreceptor, current flowing into it or out of it is recorded. (From Baylor, Lamb, and Yau, 1979.)

428

Раздел III. Интегративные механизмы

Рис. 19.14. Сигналы, записанные при помощи всасывающего электрода в области наружного сегмента палочки обезьяны. (А) Ответы на слабые вспышки света (показанные нижней линией с подписью "Light"), показано две записи. Наблюдается флуктуация тока квантового характера. Миниатюрные пики соответствуют активации зрительных пигментов отдельными фотонами. Довольно часто фотоизомеризация не возникает. (В) Постоянное, более сильное освещение (нижний график) приводит к серии сигналов. (С) Сигналы, записанные от палочки сетчатки обезьяны, вызваны вспышками растущей интенсивности. Эти сигналы те же, что указаны и на рис. 19.5В.

Fig. 19.14. Recordings Made by Suction Electrode from Monkey Rod Outer Segment.

(A) Responses to dim flashes (applied as indicated in the traces labeled "Light") are shown in the two current traces. The currents fluctuate in a quantal manner. Smaller deflections are the currents generated by single photons interacting with visual pigments. Often photoisomerizations failed to occur. (B) Steady, more intense illumination (bottom trace) gives rise to a burst of signals. (C) Records from a rod in a monkey retina with flashes of increasing intensity. These currents are the counterpart of voltage traces shown in Figure 19.5B. (From Baylor, Nunn, and Schnapf,

1984.)

из уровня шума? И каким образом такая информация достоверно передается из сетчатки в высшие зрительные центры? Чтобы измерить сигналы в ответ на одиночные кванты света, Бейлор с коллегами регистрировали токи от отдельных палочек в сетчатках жабы, обезьяны и человека (рис. 19.13)39). Эти опыты представляют собой уникальный пример эксперимента, в котором показано, как такой сложный процесс, как восприятие слабых вспыщек света, может коррелировать с изменениями, происходящими на уровне отдельных молекул40).

Процедура по изоляции фрагмента сетчатки от животного либо трупного материала должна для этих экспериментов производиться в темноте. Для измерения тока наружный сегмент палочки засасывается в тонкую пипетку (см. рис. 19.13). Как и ожидалось, эти эксперименты показывают, что в темноте ток постоянно течет внутрь наружного сегмента. Вспышки света приводят к закрытию каналов в наружном сегменте, вызывая уменьшение «темнового» тока. На рис. 19.14А показаны ответы наружного сегмента на очень слабые вспышки света, соответствующие 1-2 кван-

Глава 19. Передача υ кодирование сигнала в сетчатке глоза

429

там. Амплитуда токов невелика и пропорциональна числу поглощенных квантов. Иногда вспышка вызывает одиночный ответ, иногда — двойной, а иногда — вообще никакой реакции.

В палочках обезьяны уменьшение тока в ответ на поглощение одного фотона, составляет около 0,5 пА. Это соответствует закрытию порядка 300 каналов, т. е. от 3 до 5 % всех открытых в темноте каналов. Это достигается благодаря значительному усилению сигнала в метаболическом каскаде цГМФ. Более того, из-за крайней стабильности зрительных пигментов, упомянутой ранее, случайная изомеризация и ложное закрытие каналов — события очень редкие. Это приводит к тому, что эффекты отдельных квантов света выделяются на фоне очень низкого постоянного шума. Было показано, что электрическая связь посредством щелевых контактов между фоторецепторами обеспечивает дополнительный сглаживающий эффект, который уменьшает фоновый шум и улучшает отношение сигнал/шум ответов палочек на одиночные кванты36).

§ 5. Передача сигнала от фоторецепторов на биполярные клетки

Много вопросов связано с передачей сигнала в сетчатке. Каким образом колбочки и палочки влияют на биполярные клетки? Какова роль горизонтальных и амакриновых клеток в процессе передачи сигнала? Анализ передачи сигнала этими нейронами в наружном и внутреннем плексиформных слоях (рис. 19.15) требует сочетания различных методов исследования, в том числе микроэлектродной регистрации токов, использования специфических красителей, морфологических исследований, клеточной нейрогистохимии, идентификации рецепторов и медиаторов.

Биполярные, горизонтальные и амакриновые клетки

Общая схема связей между клетками сетчатки была составлена на основе морфологических описаний Рамон-и-Кахаля: проводящий путь от фоторецепторов до ганглиозных клеток при

Рис. 19.15. Основные клеточные типы и соединения в сетчатке приматов представлены здесь для иллюстрации связей между фоторецепторами (палочками и колбочками) и ганглиозными клетками.

Fig. 19.15. Principal Cell Types and Connections of Primate Retina to illustrate rod and cone pathways to ganglion cells. (After Dowling and Boycott 1966; Daw,

Jensen, and Brunken, 1990.)

430

 

 

 

Раздел III. Интегративные механизмы

ис. 19.16.

Биполярные,

горизонтальные

и

амакри

новые

 

клетки.

(А)

Деполяризующаяся

 

биполярная клетка "оп"-

центра

золотой

рыбки с

введенным

 

 

 

флуоресцентным

 

красителем.

 

 

(В)

Гиперполяризующаяся

биполярная

клетка

"off''-

центра золотой рыбки. (С)

Выделенная

 

биполярная

клетка из сетчатки крысы,

окрашенная

 

на

про

теинкиназу

 

С.

(D)

Горизонтальная

 

клетка

акулы

(морской

собаки)

свведенной пероксидазой хрена. (Е) Накапливающая индоламин амакриновая клетка из сетчатки кролика

свведенным красителем

Lucifer Yellow.

Fig. 19.16. Bipolar, Horizontal, and Amacrine Cells. (A) A depolarizing "on" center bipolar cell of goldfish injected with fluorescent dye.

(B)A hyperpolarizing "offcenter goldfish bipolar cell.

(C)A bipolar cell isolated from rat retina stained for protein kinase C. (D) A horizontal cell in dogfish retina injected with horseradish peroxidase. (E) Indolamine accumulating amacrine cell from rabbit retina injected with Lucifer yellow. (A, B, and D kindly provided by A. Kaneko, unpublished; С from Yamashita and Wassle, 1991; Ε from Masland, 1988.)

помощи биполярных клеток, с регулированием передачи посредством горизонтальных и амакриновых клеток42). Исходя из схемы соединений клеток в сетчатке приматов становится понятным, что конечный выходной сигнал является результатом сложного интегративного процесса, происходящего в самой сетчатке. Например, горизонтальная клетка, показанная на рис. 19.16D, получает синаптические входы от многих фоторецепторов и, в свою очередь, образует с ними модулирующую обратную связь. Горизонтальные клетки также образуют окончания на биполярных клетках. Аналогично некоторые амакриновые клетки (рис. 19.16Е), получающие сигналы от биполярньи клеток, посылают аксоны как обратно на биполярные, так и на ганглиозные клетки. Можно сделать вывод, что горизонтальные и амакриновые клетки осуществляют и модулируют процесс передачи сигнала в сетчатке. Дополнительную сложность создает то, что каждый из основных классов нейронов, показанных на рис. 19.15 и 19.16, имеет множество морфологических и фармакологических подтипов2). При помощи электрофизиологических, биохимических и анатомических критериев было описано несколько основных классов биполярньи клеток, больше чем 2 типа горизонтальных клеток и по крайней мере 20 типов амакриновых клеток43)--45).

Медиаторы в сетчатке

В сетчатке были обнаружены практически все известные медиаторы46)--49). Глутамат высво-

Глава 19. Передача υ кодирование сигнала в сетчатке глаза

431

Рис. 19.17. Лентовидные синапсы, образованные терминалью фоторецептора на окончаниях биполярных и горизонтальных клеток. Пресинаптические везикулы в терминалях колбочек (С) выстроены вдоль ленты (R). Данный тип синапсов приспособлен к постоянному высвобождению квантов глутамата к биполярным (В) и горизонтальным (Н) клеткам в темноте. Через ГАМК-ергические горизонтальные клетки осуществляется обратная связь с фоторецепторами.

Fig. 19.17. Ribbon Synapses Made by a Photoreceptor Terminal on bipolar and horizontal cell endings. Presynaptic vesicles in a cone terminal (C) are aligned along the ribbon (R). This type of synapse is adapted for maintained release of quanta of glutamate onto bipolar (B) and horizontal (H) cells in darkness.

The horizontal cell which releases GABA, feeds back onto the receptor terminal. (Micrograph kindly provided by P. Sterling.)

бождается фоторецепторами и биполярными клетками. Горизонтальные клетки секретируют ГАМК. Некоторые амакриновые клетки секретируют дофамин, другие ацетилхолин или индоламины. Распределение и функциональная значимость этих медиаторов, рецепторов и их субъединиц, а также переносчиков сигнала были детально изучены методами иммуногистохимии и гибридизации in situ. Некоторые медиаторы-пептиды, например VIP (вазоактивный интестинальный пептид), обнаруженные в глазу50), могут играть важную

трофическую роль в развитии зрительной системы и быть связаны с развитием миопии (близорукости) 51).

Постоянное высвобождение квантов глутамата фоторецепторами в темноте осуществляется при помощи специального типа нервных окончаний, называемых лентовидными синапсами (ribbon synapses)2, 52, 53). Пример такого синапса показан на рис. 19.17. Терминаль колбочки содержит везикулы, плотно связанные с мембраной и готовые к высвобождению, которые расположены вдоль длинной плоской органеллы, называемой «лентой» (ribbon). Постсинаптическая мембрана образована терминалями биполярных и горизонтальных клеток, которые формируют инвагинации на окончаниях фоторецепторов.

Концепция рецептивных полей

Техника освещения определенных зон сетчатки привела к появлению такой важной концепции, как рецептивное поле, которая стала ключом к пониманию значения сигналов не только на уровне сетчатки, но и на последующих стадиях в коре. Сам термин «рецептивное поле» был исходно введен Шеррингтоном по отношению к рефлексам (см. также главу 18) и был перенесен в зрительную систему Хартлайном. Рецептивное поле нейрона зрительной системы может быть определено как зона сетчатки, при падении света на которую может изменяться активность данного нейрона (см. также главу 18). Например, регистрация активности одного нейрона зрительного нерва и коры кошки показала, что частота его импульсации увеличивается или уменьшается, если меняется освещение над определенной зоной сетчатки (см. рис. 19.18 и 19.21). Эта зона является рецептивным полем данного нейрона.

432

Раздел III. Интегративные механизмы

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 19.18. Карта рецептивных полей

 

 

 

биполярных

клеток,

чувствительных

к

 

 

 

гиперполяризации

 

(Н).

Сигналы

 

 

 

регистрировались

на

биполярной

клетке

 

 

 

сетчатки золотой рыбки, которая отвечала

 

 

 

гиперполяризацией (А) на освещение центра

 

 

 

рецептивного поля. Освещение в виде кольца

 

 

 

вызывало

деполяризацию

клетки

 

(В).

 

 

 

Рассеянный свет слабо влиял на потенциал

 

 

 

клетки. Для биполярной клетки, чувствительной

 

 

 

к деполяризации (D), освещение центра

 

 

 

 

-----------

 

рецептивного поля приводит к деполяризации,

 

 

в то время

как

освещение

в виде

кольца

 

 

 

вызывает гиперполяризацию.

 

 

 

Fig. 19.18. Receptive Field Organization of a Hyperpolarizing (M) Bipolar Cell. Records made from the bipolar cell in the goldfish retina show a hy perpourization (A) in response to illumination of the center of the receptive field. Annular illumination causes the cell to respond with a depolarization (B). Diffuse light would have little effect on the cell. For a depolarizing (D) bipolar cell illumination of the center would produce depolarization, while the annulus would produce hyperpolarization. (After Kaneko, 1970.)

По определению освещение за пределами рецептивного поля не оказывает влияния на импульсацию. Эта зона сама по себе может быть подразделена на несколько различных регионов, освещение некоторых из которых увеличивает активность, а других подавляет. Это описание рецептивных полей также применимо по отношению к другим нейронам, таким как биполярные и горизонтальные клетки, у которых локальный ответ переменной амплитуды вызывается падением света на сетчатку (что обсуждается далее в этой главе). Как будет показано далее, отдельные вспышки ненаправленного света практически бесполезны при оценке функции зрительной системы.

Ответы биполярных клеток

Каждая биполярная клетка получает сигналы непосредственно от палочки либо от колбочки. Клетки обычно получают сигналы от 15-45 рецепторов. Существует особый тип биполярных клеток, так называемые «карликовые биполяры» (midget bipolar), которые получают сигнал только от одной колбочки2). Логично ожидать, что большинство карликовых биполяров находится в области ямки, где острота зрения максимальна. Они передают сигналы с фоторецептора на специальный тип ганглиозных клеток. В других отделах сетчатки биполярные клетки собирают информацию с 15-20 колбочек. Биполярные и горизонтальные клетки отвечают на освещение градуальной деили гиперполяризацией.

Сигналы и рецептивные поля биполярных клеток зависят от двух механизмов. Во-- первых, постоянное высвобождение медиатора в темноте способствует поддержанию ряда биполярных клеток в состоянии постоянной деполяризации, а других — в состоянии гиперполяризации, в зависимости от того, какие — возбуждающие или тормозные — рецепторы они имеют. Во-вторых, свет приводит к гиперполяризации фоторецепторов, тем самым уменьшая выброс глутамата. Уменьшение постоянного освобождения глутамата фоторецепторами при освещении приводит, соответственно, к уменьшению активности биполярных клеток, имеющих возбуждающие рецепторы глутамата, т. е. вызывают их гиперполяризацию55). Такие клетки называются Н-биполяры

(hyperpolarizing).

Наоборот, уменьшение тонического высвобождения глутамата фоторецепторами при освещении последних приводит к деполяризации тех биполярных клеток, которые экспрессируют тормозные рецепторы глутамата — это D-биполяры (depolarizing). D- биполярные клетки являются одним из редких типов клеток, у которых были обнаружены тормозные эффекты, опосредуемые через рецепторы глутамата (глава 14). Канеко с коллегами показали, что данный тормозный эффект обусловлен

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]