Кіріспе
Көзбен шолуды ретинадан нейрондарға карталау. Ретинотопия – бұл көзбен шолуды ретинадан нейрондарға, әсіресе визуалды ағымдағы нейрондарға карталау. Түсініктілік үшін «ретинотопия» сөзін «ретиналық карталау» деп, ал «ретинотопиялық» сөзін «ретиналық карталанған» деп ауыстыруға болады. Көрнекі өрістің карталары (ретинотоптық карталар) көптеген қосмекенділер мен сүтқоректілер түрлерінде кездеседі, бірақ бұл карталардың нақты мөлшері, саны және кеңістіктік орналасуы айтарлықтай өзгеше болуы мүмкін. Сенсорлық топографиялар мидың барлық бөлігінде кездеседі және сыртқы ортаны түсіну үшін маңызды. Сонымен қатар, сенсорлық топографияны және әсіресе ретинотопияны зерттеу нейрондардың сезімдік сигналдарды қалай кодтайтыны және ұйымдастыратыны туралы білімімізді арттырды. Көздің көру өрісінің ретиналық картасы көру жолының әртүрлі нүктелері арқылы сақталады, оның ішінде ретина, арқалық бүйірлік генукуляциялық ядро, оптикалық тектом, негізгі көру қабығы (V1) және жоғары көру аймақтары (V2, V4) бар. V1-ден басқа қабық аймақтарындағы ретинотоптық карталар көбінесе күрделі болады, яғни көрнекі өрістің жақын нүктелері әрқашан бірдей аймақтың жақын аймақтарында бейнеленбейді. Мысалы, екінші көру аймағында (V2) карта визуалды өрістегі шартты көлденең сызық бойынша бөлінеді, сонда көру өрісінің жоғарғы жартысына жауап беретін ретинаның бөліктері, көру өрісінің төменгі жартысына жауап беретін бөліктерінен бөлек қабық тінінде бейнеленеді. Үшінші және төртінші көру аймақтарында (V3, V4) және дорсомедиалды аймақта (V6) одан да күрделі карталар бар. Жалпы, мұндай күрделі карталар V1 сияқты бірінші реттік (толық) бейнелеулерге қарамастан, көру өрісінің екінші реттік бейнелеулері деп аталады. Латеральды оқципитальды (LO 1, LO 2), дорсальды оқципитальды (V3A, V3B) және артқы париетальды қабық (IPS0, IPS1, IPS2, IPS3, IPS4).
Retinotopy is the mapping of visual input from the retina to neurons, particularly those neurons within the visual stream. For clarity, 'retinotopy' can be replaced with 'retinal mapping', and 'retinotopic' with 'retinally mapped'. Visual field maps (retinotopic maps) are found in many amphibian and mammalian species, though the specific size, number, and spatial arrangement of these maps can differ considerably. Sensory topographies can be found throughout the brain and are critical to the understanding of one's external environment. Moreover, the study of sensory topographies and retinotopy in particular has furthered our understanding of how neurons encode and organize sensory signals. Retinal mapping of the visual field is maintained through various points of the visual pathway including but not limited to the retina, the dorsal lateral geniculate nucleus, the optic tectum, the primary visual cortex (V1), and higher visual areas (V2 V4). Retinotopic maps in cortical areas other than V1 are typically more complex, in the sense that adjacent points of the visual field are not always represented in adjacent regions of the same area. For example, in the second visual area (V2), the map is divided along an imaginary horizontal line across the visual field, in such a way that the parts of the retina that respond to the upper half of the visual field are represented in cortical tissue that is separated from those parts that respond the lower half of the visual field. Even more complex maps exist in the third and fourth visual areas V3 and V4, and in the dorsomedial area (V6). In general, these complex maps are referred to as second order representations of the visual field, as opposed to first order (continuous) representations such as V1. lateral occipital (LO 1, LO 2), dorsal occipital (V3A, V3B), and posterior parietal cortex (IPS0, IPS1, IPS2, IPS3, IPS4).
Тарих
Адамдарда көру өрісі карталарының табылу тарихы неврологиялық жағдайларға, соғыс жарақаттарынан туындаған оқиғаларға дейін барып жетеді. Бұл жағдайларды жапондық офтальмолог Тәцудзи Иноуэ және британдық невролог Гордон Холмс тәуелсіз түрде сипаттап, талдады. Олар жараның кірген жерінің орналасуы мен көру өрісінің жоғалуы арасындағы байланысты байқады (тарихи шолу үшін Fishman, 1997-ге қараңыз).
Молекулалық белгілер
"Химоаффиниттік гипотезасы" 1963 жылы Сперри және авторлар тобымен қалыптастырылды, онда оптикалық тектомадағы пресинаптикалық және постсинаптикалық жарықтастардағы молекулалық градиенттер дамып келе жатқан аксондарды жалпы ретинотоптық картаға ұйымдастырады деп есептеледі. Бұл балықтар мен қосмекенділерде жүргізілген бірнеше маңызды эксперименттердің нәтижесінде анықталды, онда торлы қабаттың ганглий аксондары оптикалық жол ішінде ретинотоптық түрде ұйымдасқан және олар кесілген жағдайда, ретинотоптық тұрғысынан сәйкес келетін жерлерге қайта өсіп, проекцияланады. Кейіннен рецепторлық тирозинкиназалар EphA отбасы және EphA байланыстырушы молекуласы, эфрин A отбасы деп аталатын, торлы қабатта және тектомада бір-біріне толықтыратын градиенттерде экспрессияланатыны анықталды. Атап айтқанда, егешқұйрықта Ephrin A5 оптикалық тектоманың ростральді-құйрықтық осі бойында, ал EphB отбасы медиальді-латеральді ось бойында экспрессияланады. Бұл бимодальді экспрессия торлы қабаттың назальді-миық осі мен дорсальді-вентральді осін бағадарлау механизмін ұсынады.
Мақсат кеңістігі
Молекулалық сигналдар аксондарды ретинотоптық картаға бағыттайды деп саналады, ал осы картаның нақтылығы постсинаптикалық әріптестердегі қолжетімді нысаналық кеңістікке байланысты деп есептеледі. Қалыпты тышқандарда нысаналық кеңістік үшін бәсекелестік желілік картаның үздіріліссіз болуын қамтамасыз ету үшін маңызды, және егер бұл бәсекелестік бұзылса, қолжетімді кеңістікке қарай карта кеңейе немесе қысыла алады. Мысалы, торшаның жартысы зақымданса немесе жойылса, сау аксондар тектомдағы бос кеңістікті толтыру үшін өз тармақтарын кеңейтеді. Сол сияқты, тектоманың бір бөлігі жойылса, ретина аксондары қолжетімді тектомалық кеңістікке сәйкес топографияны қысып тартады.
Нейрологиялық белсенділік
Ретинотопияның дамуы үшін көздің торының нейрондық белсенділігі қажет болмаса да, байланыстың нақтылануы мен тұрақтандырылуы үшін ол маңызды компонент болып табылады. Сыртқы визуалды стимулдардан (көрнекі белгілерден) айырылған қараңғыда өсірілген жануарлар тектомда қалыпты ретиналық картаны дамытады, рецептивті өрістің мөлшері немесе қабаттық құрылымында ерекше өзгерістер байқалмайды. Бұл жануарлар даму кезінде сыртқы визуалды стимулдарды алмағанмен, осы тәжірибелер көздің торындағы спонтанды белсенділік ретинотоптық ұйымдастыру үшін жеткілікті болуы мүмкін екенін көрсетеді. Алтын балықта нейрондық белсенділіктің болмауы (сыртқы визуалды стимулдар және спонтанды белсенділіксіз) ретиналық картаның қалыптасуына кедергі келтірмеді, бірақ соңғы ұйымдастыру төмендеген ажыратымдылықпен нақтыланудың белгілерін және одан бетер динамикалық өсуді (тұрақсыздықты) көрсетті. Хебб механизмы бойынша, егер нейрондар ұқсас стимулдарға (көрнеу өрісінің ұқсас аймағы, ұқсас бағдар немесе бағытқа селективтілік) сезімтал болса, олар бірге оқуы мүмкін. Мұндай үлгілі оқу постсинаптық жасушалардағы NMDAR синапсының тұрақтандыру механизмдері арқылы ретинотоптық ұйымдастыру ішінде байланыстың күшеюіне әкеледі.
Динамикалық өсу
Ретинотопияның дамуындағы тағы бір маңызды фактор – нейрондар морфологиялық жағынан жетілгеннен кейін де құрылымдық пластикалық қабілеттілігі. Бір қызықты гипотеза – аксондар мен дендриттер үнемі өсіп, кері тартылып отырады. Бұл динамикалық өсуге бірнеше фактор әсер етеді, оның ішінде хемоаффинитет гипотезасы, дамыған синапстардың болуы және нейрондық белсенділік. Нерв жүйесі дамып, жасушалар саны арта келе, бұл құрылымдық пластикалық аксондарға ретинотопиядағы өз орнын біртіндеп нақтылауға мүмкіндік береді. Бұл пластикалық ретина ганглион аксондарына ғана тән емес, сонымен қатар тектальді нейрондардың дендриттік тармақтары мен радиалды глиальды жасушалардың филоподтық процестері де өте динамикалық екені көрсетілген.
Сипаттама
Мидың көптеген аймақтарында, жақын орналасқан нейрондардың қабылдау өрістері көру өрісінің сәл өзгеше, бірақ біртіндеп жапсарлас бөліктерін қамтиды. Осы қабылдау өрістерінің орталықтарының орналасуы көру өрісінің бір бөлігін қамтитын реттелген үлгі алу мозаикасын құрайды. Көрнекі жүйенің әртүрлі бөлімдеріндегі нейрондар арасындағы байланыстардың кеңістіктік ерекшелігінен туындайтын осы реттелген орналасудың нәтижесінде, әрбір құрылымдағы жасушалар көру өрісінің картасына (сонымен қатар ретинотоптық карта немесе визуотоптық карта деп те аталады) үлес қосады. Ретинотоптық карталар – топографиялық ұйымның нақты бір түрі. Көру стимулына жауап беретін көптеген ми құрылымдары, соның ішінде көру қабығының көп бөлігі, ми сабағының көру ядролары (мысалы, жоғарғы төмпешік) және таламус (мысалы, бүйірлік тізелі ядро және пульвинар) ретинотоптық карталарға ұйымдастырылған, оларды көру өрісінің карталары деп те атайды. Көру қабығының аймақтары кейде олардың ретинотоптық шекараларымен анықталады, мұнда әрбір аймақта көру өрісінің толық картасы болуы керек деген критерий қолданылады. Дегенмен, практикада бұл критерийді қолдану көп жағдайда қиынға соғады. Торлық бейнені өңдеудің бастапқы қадамдарын орындайтын ми сабағы мен қабықтың көру аймақтары өте нақты ретинотоптық карталарға сәйкес ұйымдастырылған. Нейрондарының үлкен қабылдау өрістері бар басқа аймақтардағы ретинотопияның рөлі әлі де зерттелуде. Ретинотопия картасы ми қабығының бүктелуін қалыптастырады. Макакалар мен адамдардың V1 және V2 аймақтарында олардың көру өрісінің тік меридианы ми қабығының дөңес гир бүктемелерінде, ал көлденең меридианы олардың ойыс сулькус бүктемелерінде бейнеленеді.
Әдістер
Адамдардағы ретинотопияны карталау функционалдық магниттік-резонанстық томография (fMRI) көмегімен жасалады. fMRI аппаратының ішіндегі қатысушы бір нүктеге назар аударады. Содан кейін, тор қабығына осы назар аударған нүктеге шамалас дөңгелек кескін немесе бұрышты сызықтар көрсетіледі. Радиалды карта көру ортасынан қашықтықты көрсетеді. Бұрыштық карта көру ортасынан сәулеленетін бұрыштар арқылы орналасқан нүктені көрсетеді. Радиалды және бұрыштық карталарды біріктіру арқылы көру қабыршағының бөлек аймақтарын және әрбір аймақтағы кішірек карталарды көруге болады.