Conexões entre neurônios e células receptoras na retina são mapeadas

Equipe rastreia circuito que conecta células fotorreceptoras com células ganglionares, responsáveis pela transmissão de sinais ao cérebro.

taniager

07 Outubro 2010 | 14h58

O sistema de gravação neural exclusivo desenvolvido pela equipe de Chichilnisky, capaz de gravar simultaneamente os pequenos sinais elétricos gerados por centenas de neurônios de saída da retina, é um dos elementos essenciais do estudo. Eletrodos de gravação são mostrados nas células do primeiro plano e as células ganglionares retinas em segundo plano. Crédito: Dr. E.J. Chichilnisky, Salk Institute for Biological Studies.

O sistema de gravação neural exclusivo desenvolvido pela equipe de Chichilnisky, capaz de gravar simultaneamente os pequenos sinais elétricos gerados por centenas de neurônios de saída da retina, é um dos elementos essenciais do estudo. Eletrodos de gravação são mostrados nas células do primeiro plano e as células ganglionares retinas em segundo plano. Crédito: Dr. E.J. Chichilnisky, Salk Institute for Biological Studies.

Pesquisadores do Instituto Salk para Estudos Biológicos conseguiram pela primeira vez rastrear o circuito neuronal que conecta células fotorreceptoras nos olhos com as células ganglionares, neurônios responsáveis pelo transporte dos sinais visuais dos olhos para o cérebro, ao comparar a entrada visual claramente definida com a saída elétrica da retina.

As medições feitas pelos cientistas não apenas revelam o processamento num circuito neural ao nível de resolução elementar de neurônios individuais, mas também lançam luz sobre o código neural usado pela retina para retransmitir informações de cores para o cérebro. O artigo foi publicado hoje na revista Nature.

Um dos elementos essenciais que tornou as experiências possíveis foi o sistema de gravação neural exclusivo desenvolvido por esta equipe internacional de físicos da Universidade da Califórnia, Santa Cruz; da AGH Universidade AGH de ciência e tecnologia, Polônia; e da Universidade de Glasgow, Reino Unido. O sistema é capaz de gravar simultaneamente os pequenos sinais elétricos gerados por centenas dos neurônios de saída da retina que transmitem informações sobre o mundo exterior visual para o cérebro. Essas gravações são feitas em alta velocidade (acima de dez milhões de amostra por segundo) e com detalhes espaciais refinados, suficientes para detectar até mesmo uma população local completa nas células minúsculas e densamente espaçadas de saída conhecidas como células “anãs” ganglionares da retina.

Estas células são classificadas com base no seu tamanho, as conexões que fazem e suas respostas à estimulação visual, que podem variar muito. Apesar das suas diferenças, todas elas têm uma coisa em comum – um axônio longo que se estende para o interior do cérebro e formam o nervo óptico.

Fotorreceptores na retina convertem informações visuais em sinais elétricos e os enviam para uma camada intermediária, que por sua vez, transmite sinais dos 20 mais distintos tipos de células ganglionares da retina. Crédito: Dr. E.J. Chichilnisky, Salk Institute for Biological Studies.

Fotorreceptores na retina convertem informações visuais em sinais elétricos e os enviam para uma camada intermediária, que por sua vez, transmite sinais dos 20 mais distintos tipos de células ganglionares da retina. Crédito: Dr. E.J. Chichilnisky, Salk Institute for Biological Studies.

O processamento visual começa quando os fótons entrando no olho golpeiam uma ou mais das 125 milhões de células nervosas sensíveis à luz na retina. Esta primeira camada de células, que são conhecidas como bastonetes e cones, convertem as informações em sinais elétricos e os envia para uma camada intermediária que, por sua vez, transmite sinais para os 20 ou mais distintos tipos de células ganglionares da retina.

Em um estudo anterior, E.J. Chichilnisky e sua equipe já haviam descoberto que cada tipo destas células constitui uma estrutura perfeita cobrindo o espaço visual que transmite uma imagem completa para o cérebro. No estudo atual, o pesquisador e coautor Greg d. Field e seus colaboradores ampliaram o entendimento sobre o padrão de conectividade entre essas camadas de células ganglionares e toda a rede de cones receptores.

Os pesquisadores gravaram simultaneamente centenas destas células e com base nas propriedades de resposta à densidade e luz, identificaram cinco tipos de célula: células anãs ON e OFF, células “parasol” ON e OFF e pequenas células bi estratificadas, que em conjunto representam cerca de 75 % de todas as células ganglionares  da retina.

Quando combinado com informações sobre a sensibilidade espectral de cones individuais, os mapas destas ilhas pontuais não somente permitem aos pesquisadores recriar todo o mosaico de cones encontrado na retina, mas também determinar qual cone alimenta a informação para qual célula ganglionar da retina.

“Apenas estimulando as células de entrada e fazendo um registro de elevada densidade das células de saída, podemos identificar todas as entradas individuais e células de saída e descobrir quem está ligado a quem”, diz Chichilnisky.

A equipe de Chichilnisky descobriu que as populações das células anãs ON e OFF e as células “parasol” são exemplos de toda a população de cones sensíveis à luz vermelha ou verde, das quais as células anãs são amostras destes cones em uma surpreendentemente forma aleatória. Apenas células anãs OFF recebem  frequentemente  forte estímulo de cones sensíveis à luz azul.