Τα έμβρυα “βλέπουν” περισσότερα από όσα πιστεύαμε έως τώρα

Τα φωτοευαίσθητα κύτταρα στον αμφιβληστροειδή του εμβρύου, πριν ακόμη αυτό μπορέσει να διακρίνει εικόνες, μπορούν να διαδραματίσουν σημαντικότερο ρόλο στην ανάπτυξη των οφθαλμών και του εγκεφάλου, από αυτόν που πίστευε η ερευνητική κοινότητα μέχρι σήμερα.

Τι αποκαλύπτει πρόσφατη μελέτη;

Τα ενδογενώς φωτοευαίσθητα κύτταρα του αμφιβληστροειδούς, βοηθούν φαινομενικά στην εξασφάλιση παροχής αίματος στον αμφιβληστροειδή χιτώνα, στους κιρκάδιους ρυθμούς και στο αντανακλαστικό της κόρης. Ωστόσο, οι ερευνητές ανακάλυψαν, ότι αυτά τα κύτταρα είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένα σε ένα δίκτυο, το οποίο είναι σε θέση να ανιχνεύσει την ένταση του φωτός, παίζοντας καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη του εμβρύου.

Όπως υπογραμμίζεται, μέχρι το δεύτερο τρίμηνο, πολύ πριν τα μάτια ενός μωρού δουν εικόνες, μπορούν να ανιχνεύσουν το φως. Συγκεκριμένα και παρόλο που τα ευαίσθητα στο φως κύτταρα στον αναπτυσσόμενο αμφιβληστροειδή θεωρούνταν απλοί “διακόπτες” on-off που ρύθμιζαν τον 24ωρο κύκλο της ημέρας, οι επιστήμονες του πανεπιστημίου Berkeley της Καλιφόρνιας, βρήκαν στοιχεία τα οποία αποδεικνύουν ότι τα κύτταρα αυτά επικοινωνούν μεταξύ τους σαν μέρος ενός διασυνδεδεμένου δικτύου, που προσδίδει στον αμφιβληστροειδή μεγαλύτερη ευαισθησία στο φως. Η ανακάλυψη αυτή υποδεικνύει ότι η επίδραση του φωτός στη συμπεριφορά του παιδιού και στην ανάπτυξη του εγκεφάλου του, ενισχύεται και με άλλους τρόπους.

Ειδικότερα, στο αναπτυσσόμενο μάτι, περίπου το 3% των γαγγλιακών κυττάρων (τα κύτταρα στον αμφιβληστροειδή που στέλνουν μηνύματα μέσω του οπτικού νεύρου στον εγκέφαλο), είναι ευαίσθητα στο φως. Μέχρι σήμερα, οι ερευνητές έχουν βρει έξι διαφορετικούς υποτύπους που επικοινωνούν με διάφορες θέσεις του εγκεφάλου. Κάποιοι υποτύποι επικοινωνούν με τον  υπερχιασματικό πυρήνα, για να συντονίσουν το εσωτερικό μας ρολόι με τον κύκλο της ημέρας και της νύχτας, ενώ άλλοι συνδέονται με περιοχές του εγκέφαλου, όπως ο υποθάλαμος ο οποίος ρυθμίζει τη διάθεση και η αμυγδαλή η οποία σχετίζεται με τα συναισθήματα.

Τα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδή σχετίζονται με συμπεριφορές που δεν έχουν σχέση με την όραση;

Μελέτη που πραγματοποιήθηκε σε ποντίκια και πιθήκους έδειξε ότι τα γαγγλιακά κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω ηλεκτρικών συνδέσεων, υποδηλώνοντας πολύ μεγαλύτερη επίδραση στους ανώριμους οφθαλμούς των ζώων, από ό, τι φανταζόταν οι επιστήμονες.

Η Marla Feller, καθηγήτρια κυτταρικής βιολογίας στο UC Berkeley και ανώτερος συντάκτης της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Current Biology, δεδομένης της ποικιλίας των γαγγλιακών κυττάρων και δεδομένου ότι επιδρούν σε πολλά διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου, αναρωτήθηκε εάν παίζουν κάποιο ρόλο στον τρόπο με τον οποίο ο αμφιβληστροειδής συνδέεται με τον εγκέφαλο, όχι μόνο σε ότι αφορά τα οπτικά κυκλώματα, αλλά και σε σχέση με συμπεριφορές που δεν σχετίζονται με την όραση. Όπως εξήγησε, ενδεχομένως θα μπορούσαν να εξηγήσουν προβλήματα, όπως οι ημικρανίες που προκαλούνται από το φως ή το γιατί η φωτοθεραπεία λειτουργεί θετικά στην κατάθλιψη.

Τα ενδογενώς φωτοευαίσθητα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς (ipRGCs), ανακαλύφθηκαν μόλις πριν από 10 χρόνια, εκπλήσσοντας επιστήμονες όπως η Marla Feller, που μελετούσε τον αναπτυσσόμενο αμφιβληστροειδή για σχεδόν 20 χρόνια. Η Δρ. Feller μαζί με τη σύμβουλο της, Carla Shatz, του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, πραγματοποίησαν έρευνες σε ζώα για να δείξουν ότι η αυθόρμητη ηλεκτρική δραστηριότητα στο μάτι κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης, είναι σημαντική για τη δημιουργία σωστών δικτύων στον εγκέφαλο, που αφορούν στην επεξεργασία των εικόνων.

Όπως ανέφερε η Δρ. Feller, θεωρούσαν ότι τα νεογνά ποντίκια και το ανθρώπινο έμβρυο ήταν τυφλά σε αυτό το στάδιο της ανάπτυξης τους, καθώς πίστευαν ότι τα γαγγλιακά κύτταρα υπήρχαν μεν στο αναπτυσσόμενο μάτι και συνδέονταν με τον εγκέφαλο, αλλά δεν ήταν πραγματικά συνδεδεμένα με μεγάλο μέρος του υπόλοιπου αμφιβληστροειδούς. Τώρα όμως, αποδεικνύεται ότι είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους, κάτι που προκάλεσε έκπληξη στους επιστήμονες.

Για να φτάσουν σε αυτό το αποτέλεσμα, η μεταπτυχιακή φοιτήτρια του UC Berkeley, Franklin Caval-Holme, συνδύασε απεικονιστικές τεχνικές, τη φαρμακολογία και ανατομικές τεχνικές, για να δείξει ότι οι έξι τύποι των ενδογενώς φωτοευαίσθητων γαγγλιακών κύτταρων στον αμφιβληστροειδή ενός νεογέννητου ποντικιού, συνδέονται ηλεκτρικά και δεν ανιχνεύουν μόνο το φως, αλλά ανταποκρίνονται και στην ένταση του. Διαπίστωσε λοιπόν, ότι τα κυκλώματα διασταύρωσης των  γαγγλιακών κύτταρων ήταν σημαντικά ευαίσθητα στο φως σε μερικούς υποτύπους, αλλά όχι σε άλλους. Αυτό την βοήθησε στον προσδιορισμό των υποτύπων που δίνουν σήμα στον εγκέφαλο για συγκεκριμένες φωτοεπαγώμενες συμπεριφορές που δεν σχετίζονται με την όραση. Για παράδειγμα, η αποστροφή στο φως που παρατηρείται σε μερικά νεογνά, εξαρτάται από την ένταση του φωτός, δείχνοντας ότι αυτά τα νευρικά κυκλώματα θα μπορούσαν να εμπλέκονται στην εν λόγω συμπεριφορά απέναντι στο φως. Ωστόσο, είναι άγνωστο ακόμη το ποιοι υποτύποι φωτοευαίσθητων γαγγλιακών κύτταρων στον νεογνικό αμφιβληστροειδή συμβάλλουν πραγματικά σε αυτή τη συμπεριφορά.

Οι ερευνητές, επιπρόσθετα, βρήκαν στοιχεία που αποδεικνύουν ότι το κύκλωμα συντονίζεται με τέτοιο τρόπο, που καταφέρνει να προσαρμοστεί στην ένταση του φωτός, κάτι που πιθανότατα παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη. Σύμφωνα με την Δρ. Feller, στο παρελθόν, οι έρευνες έδειξαν ότι αυτά τα φωτοευαίσθητα κύτταρα ήταν σημαντικά για καταστάσεις όπως η ανάπτυξη των αιμοφόρων αγγείων στον αμφιβληστροειδή και η ελαφριά διέγερση των κιρκαδικών ρυθμών, αλλά αυτό ήταν αποτέλεσμα ελαφριάς απόκρισης σε χαμηλό ή καθόλου φως.

Σύμφωνα με την ίδια, όλα αυτά τα ευρήματα σημαίνουν ότι το σύστημα των φωτοευαίσθητων γαγγλιακών κύτταρων του αμφιβληστροειδούς, προσπαθεί να κωδικοποιήσει περισσότερες πληροφορίες από όσες νόμιζαν οι επιστήμονες μέχρι τώρα, για διαφορετικές εντάσεις φωτός.