Forskere identificerer signalet bag øjets opfattelse af omverdenen

Videnskabelige nybrud 28. sep 2021 2 min Associate Professor and Group Leader Keisuke Yonehara Skrevet af Kristian Sjøgren

Øjnene og hjernens evne til at arbejde sammen, når vi bevæger os, er fundamentet for vores syn. Nu har forskere identificeret, hvor signalet fra omgivelserne bliver bearbejdet i øjnene.

Interesseret i Videnskabelige nybrud? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

Forestil dig, at du går ned ad gaden. Selvom dine øjne ser lige frem, ændrer omgivelserne sig hele tiden, i takt med at du tager skridt for skridt. Når du går fremad, flyder dit synsfelt baglæns, når du kigger til venstre, flyder dit synsfelt til højre, og når du kigger opad, flyder dit synsfelt nedad.

For at hjernen overhovedet kan holde hoved og hale i dit syn, har det behov for signaler til at beregne denne bevægelse af synsfeltet.

Hidtil har forskere kun haft en vag idé om, hvor dette signal kommer fra i øjnene, men nu viser et nyt forskningsresultat, at det hele foregår meget anderledes, end forskere hidtil har troet.

"Rummelig navigering er vigtig, for at vi kan bevæge os rundt i verden – og for den sags skyld finde hjem igen. For fem år siden viste min forskningsgruppe, at forskellige sygdomme skyldes fejl i nethindeprogrammeringen, og i dette nye studie kortlægger vi mekanismen bag nethindeprogrammeringen," fortæller en af forskerne bag det nye studie, lektor og gruppeleder Keisuke Yonehara fra DANDRITE og Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet.

Forskningen er offentliggjort i Neuron.

Studerede nethinder fra mus med avanceret mikroskopiteknik

I studiet gik Keisuke Yonehara sammen med sine kollegaer på jagt efter en bedre forståelse af, hvordan øjnene og hjernen i fællesskab holder styr på omgivelserne under bevægelse.

Forskerne gjorde forsimplet sagt det, at de nærstuderede nethinder fra mus, samtidig med at de stimulerede nethinderne ved hjælp en videoprojektor for at simulere bevægelse. Forskerne optog nethindernes respons til bevægelse ved hjælp af fluorescerende proteiner, mikroskopi og elektroder.

"Mikroskopet skanner synapserne med en laser for på den måde at danne et billede af deres aktivitet. Derefter analyserede vi billederne ved hjælp af billedbehandlingsprogrammer. Her kunne vi blandt andet se, at nogle neuroner og synapser kun reagerede på bevægelser i specifikke retninger," forklarer Keisuke Yonehara.

Bearbejdning af synsindtryk sker et overraskende sted i neuronerne

Forskningsresultatet viser dog først og fremmest, hvor behandlingen af synsindtrykket sker først.

Tidligere har forskere troet, at det skete i det sidste led af neuronerne til nethinden – altså inden signalet bliver sendt i retning af hjernen.

Det nye studie viser dog, at det sker langt tidligere i signalvejen, mere præcist i nervecellernes aksoner, der er fremstrakte nervefibre af neuroner.

Neuroner er i besiddelse af såkaldte dendritter, der modtager informationer fra andre celler. Signalet fra andre celler bliver sendt via aksonerne.

Aksoner sender signaler, og dendritterne modtager og behandler signaler – troede forskere i hvert fald.

"Hidtil har vi troet, at aksonerne kun sender signaler, men her kan vi se, at de også modtager signaler og er involveret i beregningerne af bevægelsesretningen og opfattelsen af selv-bevægelse," siger Keiskue Yonehara.

Kan i fremtiden benyttes til at kurere øjensygdomme og lave kunstige hjerner

Forskningsresultatet er ifølge Keisuke Yonehara vigtigt, fordi det giver forskere et større indblik i, hvordan vores visuelle opfattelse af omverdenen fungerer. Det har blandt andet indflydelse på, at vi ikke hele tiden går ind i ting, og at vi kan genkende steder, vi har været før.

Når det gælder øjets nethinde, spiller tre typer af neuroner ind i ligningen omkring orientering i omgivelserne.

Den første er fotoreceptorerne, der opfanger lyset fra omgivelserne og danner et signal. Dette signal bliver sendt videre til interneuronerne, som sender signalet videre til en tredje type neuroner.

Det nye forskningsresultat viser, at det visuelle signal fra omgivelserne allerede bliver bearbejdet i aksonerne fra interneuronerne.

"Der er en opfattelse af, at bearbejdning af signaler kun sker i dendritdelen af neuroner, og derfor repræsenterer vores opdagelse en helt ny måde for neuronerne at bearbejde signaler på. Denne mekanisme kan være mere normal i forhold til interaktioner mellem neuroner, end vi tidligere har troet, og det bør derfor også undersøges yderligere i fremtiden," siger Keisuke Yonehara.

Forskeren uddyber også, at fundet ikke bare har grundvidenskabelig interesse, men at det også kan benyttes i forbindelse med blandt andet større forståelse og udvikling af behandlinger mod en lang række øjensygdomme. Forskningsresultatet kan også benyttes til bedre at forstå, hvordan man i fremtiden skal lave kunstige hjerner ved hjælp af elektriske forbindelser.

"Direction selectivity in retinal bipolar cell axon terminals" er udgivet i Neuron. I 2020 modtog Keisuke Yonehara, Toke Bek og Stephan Sylvest Keller støtte af Novo Nordisk Fonden til projeket "BIRD? BIocompatible Retinal prosthesis for restoring visual computatios in blinding Diseases".

The Yonehara group investigates the structure, function and development of neural circuits in the visual system. We are interested in the role of diff...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020