发现看到运动的视网膜细胞类型

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  发现看到运动的视网膜细胞类型

  2007年10月10日

  加州大学圣克鲁兹分校的高能物理学家和加利福尼亚州拉霍亚Salk研究所的神经科学家组成的一个研究小组发现了一种可以帮助猴子,猿和人看动作的视网膜细胞。

  该团队的工作发表在10月10日出版的“神经科学杂志”上。

  细胞类型与所谓的Y视网膜神经节细胞具有非常相似的特性,这些细胞于1966年在猫中首次被描述。在Y细胞的发现之后,科学家开始在灵长类动物中进行长达数十年的搜索.UCSC- Salk研究所团队将希腊大写字母写成“Y”后,将新细胞类型命名为upilon细胞。

  本周的发现让科学家们更接近了解灵长类动物如何将光的混乱变成他们周围世界的清晰,稳定的彩色照片。

  “这是通过高能物理学,神经生物学,技术和人类健康的奇妙旅程,”资深作者,加州大学圣克鲁兹粒子物理研究所(SCIPP)物理学副教授Alan Litke说。“我们开始了开发仪器以寻找基本粒子,如顶夸克和希格斯玻色子。然后我们意识到我们可以将一些技术概念应用于研究神经系统。现在我们正在使用新技术进行实验,这将有助于指导未来视网膜假肢装置的设计。“

  视网膜是眼睛背面的纸薄涂层,可将光线转化为通向大脑的编码信息。该过程的第一步由杆和锥形细胞处理,其将到达的光子光转换成电信号。另外三个细胞层处理这些信号,然后将它们传递给神经节细胞,如Y和upilon,它们是中间人,整理信号并将视神经发送到大脑。对于每100个视杆细胞和视锥细胞,眼睛仅具有约一个视网膜神经节细胞。尽管生物学家已经鉴定出至少22种不同类型的灵长类动物视网膜神经节细胞,但其中只有大约六种的功能是已知的。

  “人们已经研究过细胞形态,但这不能详细告诉我们细胞如何对光响应,”Litke说。“如果我们对视网膜如何处理视觉信息感兴趣,我们真的想集中注意力它上面有电影,看看它有什么反应 - 找出它是否能看到颜色,对动作做出反应,或者做些什么。“

  Litke建议,这些细胞长期未被发现,主要是因为它们只是所有神经节细胞的一小部分。这个小数字使得细胞很难用传统的生理技术检测,传统的生理技术通常在任何时候只监测一个细胞或一小块视网膜。

  因此Litke和他的同事开发了一种新的检测系统,其灵感来自于他们在高能物理碰撞中检测粒子的研究。

   该装置将512个电极塞入1.7平方毫米(大约针头大小)的区域内。在Salk研究所的神经生物学家E. J. Chichilnisky实验室进行的每个团队的实验,同时记录了超过250个细胞的电活动,其中5到10个是上层细胞。

  相关故事突破性研究突出了肌肉萎缩症细胞疗法的前景研究人员设计抗体样T细胞受体来对抗致命病毒新近开发的干细胞技术显示出治疗PD患者的希望“高密度和大量电极使我们能够挑选出单个神经元,同时检查整个细胞集合,“Litke说。 “如果你只有几个电极,你可能会发现一个具有不寻常特性的细胞,但你不知道该怎么办 - 它可能只是一个病态细胞。现在,我们可以在单个制剂中识别出大量这些细胞,所有细胞都具有相同的特性。这让我们对结果充满信心。“

  为了弄清楚upilon细胞如何处理信息,研究人员通过显微镜镜头和一块视网膜投影简单的电影。当棒和锥细胞拾取图像时,它们将电信号发送到各种视网膜神经细胞。在拾取电极阵列上的信号后,SCIPP研究生研究员Dumitru Petrusca将他们与电影相匹配,使他能够绘制出每个细胞的光敏区域。研究小组发现,upilon细胞的集合在整个视网膜上形成了一个马赛克,几乎连续覆盖并且几乎没有重叠。

  肿瘤细胞的敏感区域测量为300至500微米,比大多数其他视网膜神经节细胞大得多(微米是百万分之一米; 300微米是人类头发宽度的约三倍)。 Upsilon细胞对条纹的振荡区域表现出特别的敏感性,当纹理表面在其视野中移动时,它们可能会收到这种输入。

  这些品质共同构成了感知运动的能力。在涌向大脑的大量信息中,对变化模式的敏感性将强调图像中正在移动的部分。并且,大尺寸的细胞敏感区域比在固定物体上提供精确分辨率更适合于感应运动。

  如果证明这些细胞与猫Y细胞的方式连接到大脑,那么它们可能将它们的信息提供给两个独立的处理中心。其中一种称为外侧膝状核,是视觉皮层的一种方式。另一个是上丘,有助于将眼睛和头部转向刺激。 Litke表示,这将加强有关细胞帮助检测运动的建议。

  “你看到周边视野中出现了一些东西,你转过头来,因为可能是狮子会攻击你,”他说。

  凭借他们的512电极阵列,Litke和他的同事正计划继续填补其他未知数的空白。 “我们正在研究许多其他细胞类型,”利特克说。“这只是冰山一角。”

  出处:http://www.ucsc.edu/