Badania nad układem wzrokowym

Siatkówka jest wystawiona na światło o nasileniu zróżnicowanym w zakresie kilku rzędów wielkości. Natomiast fotoreceptory siatkówki mają mniejszy zakres dynamiczny i wykazują ujednoliconą czułość wobec światła. Zgodnie tradycyjnym poglądem obwody neuronalne w siatkówce ulegają adaptacji, aby zwiększyć zakres dynamiczny. Jednakże ta subtelna właściwość może być uwarunkowana innym typem plastyczności - torowaniem.

W projekcie SYNAPSE TRANSMISSION (Synaptic mechanisms underlying neural coding in the retina during visual response) korzystano z mikroskopii multifotonowej oraz innowacyjnych, kodowanych genetycznie reporterów optycznych do badań na larwach danio pręgowanego, będących układem modelowym. Celem było ustalenie, co dzieje się w synapsach komórek dwubiegunowych i amakrynowych siatkówki przy naświetleniu kontrastowym o różnych parametrach.

Korzystając z tej metody uzyskano wyniki wstępne, zgodnie z którymi różne zakończenia synaptyczne tej samej komórki dwubiegunowej mogą w różny sposób przekazywać informacje dalej do postsynaptycznych komórek zwojowych. Takie "multipleksowe" przeliczanie poszerza możliwości przetwarzania i przeliczania sygnału w synapsach. Możliwe, że występuje też w innych obszarach mózgu. Wstępne badania zachęcają do dalszych prac w tym obszarze.

Naukowcy z projektu SYNAPSE TRANSMISSION badali też przeliczanie synaptyczne przy zakończeniach komórek dwubiegunowych i amakrynowych w obecności komórek Müllera i przy ich braku. Stwierdzono, że przy zmiennym nasileniu świetlistości i kontrastu w czasie siatkówka może nadal przetwarzać dane wzrokowe, lecz z obniżoną sprawnością.

Dodatkowo pracowano nad stworzeniem nowych narzędzi optycznych, które mogłyby w przyszłości posłużyć do badania transmisji synaptycznej. Naukowcy chcieli najpierw uzyskać kontrolę nad czasoprzestrzenną aktywacją zakończeń synaptycznych bez zaburzania działania komórki nerwowej. W tym celu opracowali metodę celowanego sterowania kanałem rodopsyny w błonie presynaptycznej. Następnie zainicjowano wspólny projekt, aby opracować nowe reportery optyczne z przesunięciem widma ku czerwieni i monitorować sygnały glutaminergicznych zakończeń synaptycznych.

Badanie innych układów przetwarzania bodźców wiąże się z takimi samymi wyzwaniami. Projekt SYNAPSE TRANSMISSION może więc pomóc naukowcom lepiej zrozumieć czynności neuronów i synaps oraz sposoby kodowania danych z narządów zmysłów w tych obwodach.