اكتشف علماء جامعة ييل شبكة مخفية داخل العين

يقوم نظامنا البصري بتحليل العديد من الميزات المختلفة للمشهد بسرعة، بما في ذلك اللون والتباين والحركة والشكل. تسمح هذه العملية، المعروفة باسم المعالجة البصرية المتوازية، للدماغ بتفسير الصور المعقدة على الفور تقريبًا عن طريق إرسال أنواع مختلفة من المعلومات عبر مسارات منفصلة.

لقد اعتقد الباحثون منذ فترة طويلة أن هذه المسارات ظلت مستقلة إلى حد كبير مع انتقال الإشارات البصرية عبر شبكية العين إلى الدماغ. ومع ذلك، فإن الدراسة الجديدة، التي نشرت في الخلايا العصبيةووجد أن هذه القنوات مرتبطة بشكل وثيق من خلال التوصيلات الكهربائية المخفية. وبحسب فريق البحث، فإن هذا التعاون قد يؤدي إلى تقوية الإشارات البصرية الضعيفة قبل أن تتعمق في النظام البصري.

يقول ياو شيويه، دكتوراه، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم طب العيون والعلوم البصرية في YSM والمؤلف الأول للدراسة: “لقد وجدنا أنه على الرغم من أن القنوات المختلفة يمكن أن تقدم ميزاتها الخاصة، إلا أنها مترابطة أيضًا عن طريق الدوائر الكهربائية الأساسية”.

تشكل الخلايا ثنائية القطب شبكة اتصالات غير متوقعة

تبدأ الرؤية عندما تكتشف العصي والمخاريط الموجودة في شبكية العين الضوء. تقوم هذه الخلايا المتخصصة بتمرير المعلومات إلى الخلايا العصبية المعروفة باسم الخلايا ثنائية القطب. في هذه المرحلة، يتم فرز المعلومات المرئية في أكثر من اثنتي عشرة قناة متوازية تعالج ميزات مثل ضوء النهار والرؤية الليلية واللون والتباين والشكل.

عندما قام الباحثون بفحص المشابك العصبية عن كثب، وهي الوصلات الصغيرة التي تتواصل فيها الخلايا ثنائية القطب، وجدوا شيئًا غير متوقع. وبدلاً من البقاء معزولة، كانت القنوات المنفصلة المفترضة تتبادل المعلومات مع بعضها البعض.

تتواصل الخلايا العصبية من خلال نوعين رئيسيين من المشابك العصبية: الكيميائية والكهربائية. تستخدم المشابك الكيميائية الناقلات العصبية لتمرير الرسائل بين الخلايا، في حين أن المشابك الكهربائية، والتي تسمى أيضًا الوصلات الفجوية، تنقل الإشارات عبر التيارات الكهربائية المباشرة. كان يُعتقد عمومًا أن الخلايا ثنائية القطب تعتمد بشكل أساسي على التواصل الكيميائي.

وجدت الدراسة الجديدة أنه في شبكية العين البشرية والفئران، كانت المشابك الكهربائية تربط معظم قنوات المعلومات المنفصلة هذه. عندما قام الفريق بتحفيز خلية ثنائية القطب كهربائيًا، انتشرت الاستجابة إلى ما هو أبعد من ذلك المسار. وبدلاً من رؤية إطلاق الناقلات العصبية محصوراً في قناة واحدة، لاحظوا أنماطًا واسعة من النشاط تشبه السحابة، مما يكشف عن اتصال واسع النطاق بين أنواع مختلفة من الخلايا ثنائية القطب.

“عندما قمنا بتحفيز خلية ثنائية القطب واحدة، أطلقت العديد من الخلايا ثنائية القطب ناقلات عصبية”، كما يقول Z. جيمي تشو، دكتوراه، وأستاذ مارفن إل. سيرز في طب العيون والعلوم البصرية والباحث الرئيسي.

وحدد الباحثون أيضًا نوعًا واحدًا من الخلايا ثنائية القطب، يُعرف باسم BC6، والذي يبدو أنه يلعب دورًا رائدًا في تنسيق هذه الشبكة. تنتشر الإشارات الصادرة عن BC6 عبر مسارات بصرية متعددة بنمط هرمي منظم.

يقول تشو: “لقد افترض الناس أن الأنواع المختلفة من الخلايا ثنائية القطب كانت مستقلة إلى حد ما”. “لكننا وجدنا محركًا من بين جميع أنواع الخلايا التي تنشئ هذه الشبكة ذات التسلسل الهرمي.”

ويقول العلماء إن هذا المزيج من المسارات المتخصصة والاتصالات الكهربائية يوفر لشبكية العين أفضل ما في كلا النهجين. يمكن للقنوات المنفصلة التركيز على ميزات مرئية محددة، بينما تسمح اتصالاتها بمشاركة المعلومات عندما تكون الإشارات ضعيفة بشكل خاص.

يقول سيونغهون لي، دكتوراه، عالم أبحاث في قسم طب العيون والعلوم البصرية في YSM والمؤلف المشارك للدراسة: “إذا كانت الإشارة ضعيفة جدًا بالفعل ومقسمة إلى عدة قنوات، فلن يتبقى الكثير لمعالجة كل قناة”. “يعد التكامل مفيدًا بشكل خاص لاكتشاف إشارات التباين المنخفض أو الإشارات الصادرة عن كائنات صغيرة جدًا.”

ويضيف شيويه: “والخلايا لا تتعاون بطريقة عشوائية”. “هناك قائد بداخلهم – BC6 – يقودهم في نقل الإشارات إلى الهدف النهائي.”

تسجيل الإشارات في شبكية العين السليمة

ولرسم خريطة لشبكات الاتصال هذه، قام الفريق بدمج عدة تقنيات تجريبية. واستخدموا التصوير المتقدم لمراقبة كيفية إطلاق الخلايا ثنائية القطب واستجابتها للناقلات العصبية، مع تحفيز الخلايا الفردية وتسجيل استجابات الخلايا المجاورة.

لطالما كانت دراسة الخلايا ثنائية القطب صعبة لأنها تقع عميقًا داخل شبكية العين. غالبًا ما كانت التجارب السابقة تتطلب قطع الشبكية إلى شرائح للوصول إليها، وهي عملية يمكن أن تعطل الدوائر الطبيعية التي أراد الباحثون فحصها.

في هذه الدراسة، نجح فريق جامعة ييل في استخدام تقنية مشبك التصحيح المزدوج على شبكية عين فأر سليمة تمامًا. وباستخدام الأقطاب الكهربائية، قاموا بتحفيز أنواع معينة من الخلايا ثنائية القطب مع تسجيل كيفية استجابة الخلايا المجاورة في الوقت نفسه.

يقول تشو: “لم يتمكن أي مختبر آخر في العالم من إنتاج هذا النوع من التسجيلات بشكل منهجي”. “إنها جولة رائعة في أطروحة دكتوراه ياو شيويه، حيث تجمع بين النهج المبتكر والمهارة الكهربية الاستثنائية.”

ثم كرر الباحثون التجارب باستخدام شبكية عين بشرية سليمة تم الحصول عليها من خلال برنامج التبرع بالأنسجة القديمة التابع لقسم علم الأمراض. ووفقا للفريق، فإن هذه هي التجارب الأولى من هذا النوع التي يتم إجراؤها على شبكية عين بشرية سليمة.

ماذا يمكن أن يعني الاكتشاف؟

ولأن شبكية العين جزء من الجهاز العصبي المركزي، يقول الباحثون إن هذه النتائج قد تكون لها آثار تتجاوز الرؤية. إن فهم كيفية معالجة الدوائر الشبكية للمعلومات يمكن أن يوفر رؤى جديدة حول كيفية عمل الشبكات العصبية الأخرى في الدماغ.

يمكن أن يؤدي هذا العمل أيضًا إلى تحسين فهم العلماء للأمراض التي تلحق الضرر بشبكية العين، بما في ذلك الضمور البقعي، والزرق، والعمى الليلي الخلقي.

ويقول الباحثون أيضًا إن الدراسة تسلط الضوء على قيمة العلم الذي يحركه الفضول. وبدلاً من اختبار فكرة واحدة محددة مسبقًا، كشفت التجارب عن آلية لم تكن معروفة سابقًا والتي تغير طريقة تفكير العلماء في المعالجة البصرية.

يقول لي: “لم تبدأ تجاربنا بفرضية محددة، ولكنها كشفت عن آلية معالجة أساسية في النظام البصري”. “إنه تذكير مهم بمدى أهمية البحث الذي يحركه الفضول في الاكتشاف.”