Vidieť aj v noci

Za bezmesačnej noci je svetlo dopadajúce na Zem triliónkrát slabšie než za slnečného dňa. No aj napriek tomu väčšina cicavcov vidí dostatočne dobre na to, aby sa bez problémov pohybovala, dokonca aj bez špeciálnych membrán znásobujúcich svetlo v očiach mačiek a iných nočných živočíchov.

Schopnosť detegovať pohyblivé objekty je základom nášho každodenného prežitia. Štúdia neurológa Grega Fielda a jeho kolegov z Dukovej univerzity v Durhame v štáte Severná Karolína, ktorú vedecký tím vykonal na myšiach, vysvetľuje, ako funguje prirodzené nočné videnie.

Určovanie smeru

Vedci už čo-to vedeli, ako funguje nočné videnie nielen králikov a myší, ale aj ľudí a iných cicavcov. Podľa neurológa Joshuu Singera z Marylandskej univerzity sietnice cicavcov dokážu reagovať na skutočne minimálne množstvo fotónov. Jediný fotón dokáže aktivovať bunky citlivé na svetlo známe ako tyčinky v sietnici, ktoré vysielajú elektrický signál do mozgu cez gangliové bunky. Jeden druh gangliových buniek sa špecializuje na detekciu pohybu. Pri myšiach ide o vitálnu funkciu, ktorá napríklad upozorní na pohyb sovy, u ľudí vedie k úsiliu vyhnúť sa prichádzajúcim autám. Niektoré z týchto gangliových buniek určujúcich smer (z angl. direction-selective ganglion cells, čiže DSGCs) reagujú, len keď sa objekt pohne nahor, iné vtedy, keď sa objekt hýbe nadol, doprava či doľava. Spoločne však tieto bunky detegujú, kam objekt smeruje, pričom túto informáciu posúvajú mozgu, ktorý rozhodne, ako sa zachovať. Podľa J. Singera DSGCs vynikajú ako jedno z mála miest v mozgu, kde sú si neurológovia istí tým, že vedia, čo neuróny robia. No tieto bunky sa správajú prekvapujúco, keď sa zhasnú svetlá.

Adaptácia na tmu

Vedci z Dukovej univerzity chceli zistiť, ako sa DSGCs adaptujú na tmu. Preskúmali tenké vrstvy myšej sietnice – uložili ich na drobné sklené podložky so vstavaným miniradom elektród dlhým len asi pol milimetra. Každý rad obsahoval približne 500 elektród. Zistili, že myšie sietnice dokážu aj po kúpeli v okysličenom roztoku stále reagovať a vidieť. Rad elektród zaznamenal elektrickú aktivitu zo stoviek neurónov. Vedci premietli sietniciam jednoduchý film – pruhy pohybujúce sa cez kontrastujúce pozadie. Potom stlmili svetlo z typickej kancelárskej úrovne osvetlenia na mesiacom osvetlenú scénu. Tri zo štyroch smerových DSGCs v reakcii na stlmené svetlo ostali nezmenené, hovorí G. Field. No štvrtý typ, nocI ktorý zvyčajne odpovedá na pohyb dohora, zrazu reagoval na omnoho širší rozsah pohybov vrátane nadol a do strán. G. Field s kolegami skúmali, prečo sa dané bunky správali tak zvláštne. Analýzou počítačového modelu aktivít všetkých štyroch smerových buniek zistili, že keď tieto bunky obetovali časť svojich smerových preferencií, zlepšili výkon skupiny buniek ako celku. Zlepšili tak schopnosť DSGCs detegovať pohyb v slabom svetle.

Nádej pre nevidiacich

Aby vedci zistili, ako bunky zmenili svoju funkciu, geneticky upravili bunky myší, ktorým chýbali medzibunkové spojenia, tzv. medzerový spoj alebo nexus, v neurónoch vnímajúcich pohyb nahor. Takéto spojenia umožňujú chemickým signálom prejsť z jedného neurónu na druhý, pričom doteraz sa spájali s nočným videním. Fieldov tím však zistil, že v sietnicovom tkanive myší bez medzerových spojov sa bunky reagujúce na pohyb nahor neadaptovali na tmu. Či to takto funguje aj u ľudí, je zatiaľ nejasné, no zdá sa, že výskum na hlodavcoch by sa mohol použiť aj pri vytváraní umelého zraku u ľudí. Aj keď ľudské DSGCs tvoria len 4 % gangliových buniek (pri myšiach je to až 20 %), mnohé nové sietnicové protetiky pre zrakovo postihnutých ľudí sa z veľkej časti spoliehajú na elektricky stimulované gangliové bunky. Ak idete simulovať gangliové bunky, potrebujete, aby posielali do mozgu tie správne signály. Štúdie ako naša by mohli pomôcť zlepšiť tieto technológie a jedného dňa môžu pomôcť zrakovo postihnutým ľuďom, hovorí Field.

BP, ilustračné foto Pixabay