Сохраненная подкорковая обработка изображений

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4699 (2022) Ссылаться на эту статью

2518 Доступов

5 цитат

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Стабилизация взгляда компенсирует движения головы или внешней среды, чтобы минимизировать размытие изображения. Мультисенсорная информация стабилизирует сцену на сетчатке посредством вестибулоокулярного (ВОР) и оптокинетического (ОКР) рефлексов. Хотя организация нейронных цепей, лежащих в основе VOR, хорошо описана у позвоночных, меньше известно о вкладе и эволюции OKR и основных структурах, обеспечивающих зрительно-вестибулярную интеграцию. Для анализа этих нейрональных путей, лежащих в основе зрительно-вестибулярной интеграции, мы разработали установку с использованием препарата глаз-мозг-лабиринт миноги, которая позволяла координировать электрофизиологические записи, вестибулярную стимуляцию с помощью движущейся платформы и визуальную стимуляцию через экраны. Миноги демонстрируют надежную зрительно-вестибулярную интеграцию, при этом оптокинетическая информация обрабатывается в претектуме, которая может подавляться из тектума. Зрительные и вестибулярные сигналы интегрированы на нескольких подкорковых уровнях. Дополнительно присутствуют саккады в виде нистагма. Таким образом, все основные компоненты зрительно-вестибулярного контроля взгляда присутствовали уже на заре эволюции позвоночных.

Появление глаз, формирующих изображения, позволило животным использовать зрение для расширенного поведенческого репертуара, что требовало механизмов стабилизации мира в сетчатке для предотвращения деградации изображения1. У позвоночных стабилизация зрения достигается за счет двух рефлексов, которые, как полагают, развивались параллельно1,2. Движения головы вызывают компенсаторные сдвиги глаз, опосредованные вестибулярными сигналами через вестибулоокулярный рефлекс (ВОР). При оптокинетическом рефлексе (ОКР) оптический поток сетчатки возвращается к мышцам глаза, генерируя компенсаторные движения для стабилизации изображения. Дополнительные соматосенсорные входы также способствуют стабилизации изображения3,4. Кроме того, побочные разряды позволяют мозгу отличать пассивные и активно генерируемые движения головы5. VOR и OKR действуют вместе, компенсируя помехи, создаваемые движениями головы, и способствуют надежному контролю движений глаз. По мере увеличения скорости движения головы вестибулярный вклад становится доминирующим6,7.

Несмотря на влияние зрительного движения на стабилизацию взгляда, вклад этой системы наименее изучен по сравнению с вестибулярной системой. Нейрональный субстрат OKR лежит в претектальной области/добавочной оптической системе у изученных позвоночных8,9, но нейрональные механизмы, с помощью которых зрительное движение в большом поле генерирует OKR, и его эволюционное происхождение плохо изучены. VOR, с другой стороны, появился очень рано в ходе эволюции позвоночных, и, хотя могут существовать различные видоспецифичные конфигурации, дисинаптическая цепь, которая преобразует вестибулярную информацию в соответствующее компенсаторное движение глаз, присутствует у всех позвоночных10.

Стабилизация взгляда представляет собой изначальную двигательную команду, однако лишь немногие исследования изучали вклад, возникающий в результате взаимодействия VOR и OKR. Зрительно-вестибулярная интеграция анализировалась в основном на уровне коры и мозжечка11, а не на подкорковой обработке данных, фундаментальной для VOR/OKR. Здесь мы анализируем стабилизирующие движения глаз у миноги, древнейшего из ныне живущих позвоночных, и нейронные пути, ответственные за мультисенсорную интеграцию. Несмотря на небольшие различия в организации сетчатки по сравнению с челюстноротыми12, миноги имеют хорошо развитые глаза-камеры, формирующие изображение, а организация глазных мышц и двигательных ядер удивительно схожа с таковой у других позвоночных1,13,14,15. Они демонстрируют VOR16 и хорошо развитую вестибулярную систему, имеющую лабиринт с двумя полукружными каналами (передним и задним), которые считаются гомологичными их челюстноротым аналогам, но при этом лишены латерального горизонтального канала17,18,19. Однако у миног есть система горизонтальных каналов, которая обеспечивает вестибулярную информацию также и в плоскости отклонения от курса, которая, по-видимому, развилась параллельно с горизонтальным каналом челюстноротых17,18,19. Таким образом, лабиринт миноги способен генерировать компенсаторные движения глаз и тела в плоскости рыскания, используя ту же архитектуру мозговой цепи, которая отвечает за вращение по крену и тангажу20. Есть ли у миног оптокинетические движения глаз, до сих пор неясно. Тот факт, что они имеют ретинотопическое представительство как в тектуме, так и в зрительной коре, а также точный контроль движений глаз из тектума, позволяет предположить, что зрение может способствовать стабилизации взгляда21,22,23,24,25,26.