حواس ویژه؛ حس بینایی؛ مدارها و مسیرهای سیگنالینگ سلول های شبکیه

مسیرهای بینایی دو تا مدار داریم:

۱- مدار سیگنالینگ سلول‌ها مخروطی، ۲- مدار سیگنالینگ سلول‌های استوانه‌ای. مدار سیگنالینگ سلول‌های مخروطی مربوط می‌شوند به مناطق central یعنی فوویولا و مدار سیگنالینگ سلول‌های استوانه‌ای مربوط می‌شوند به مناطق pripheral. ولی مسئله به این سادگی نیست و کمپلکس‌تر از این است.

مدار سیگنالینگ سلول‌های مخروطی:

در شکلی از کتاب کندل دو تا سلول مخروطی را کشیده یک سلول مخروطی در پریفزال قرار گرفته است و نور دارد به این سلول مخروطی می‌تابد ولی ممکن است این سلول در پریفرال سلول مخروطی اصلی قرار بگیرد. بین این سلول‌های مخروطی می‌تواند Gap junction باشد. ارتباط دو طرفه بین سلول‌ها مخروطی و افقی وجود دارد که می‌تواند به سلول مخروطی مجاور سیگنالی فرستاده شود یا مهار شود. اگر نور به این سلول مجاور سلول اصلی بتابد نسیر برعکس می‌شود و سلول اصلی در محیط سلول نامبرده قرار می‌گیرد. حالا فرض می‌کنیم در تاریکی قرار داریم به سلول مخروطی ما، نور نمی‌تابد پس دپلاریزه است پس گلوتامات آزاد می‌کند. وقتی گلوتامات آزاد می‌کند روی دو نوع سلول بایپلار اثر خواهد گذاشت یکی بایپلاری که off است یکی بایپلاری که on است. 
receptive field: به یک سلول تحریک پذیر receptive field دارد. receptive field یعنی هر جایی از آن سطح را تحریک کنیم سلول پاسخ می‌دهد. نوع پاسخ برای ما هم نیست تحریکی باشد یا مهاری. برای ما این مهم است که پاسخی دریافت کنیم. مثلاً فرض کنید در مورد حس پیکری سلول‌های تحریکی می‌شود همان پاچینی و … و رسپتورهای حس پیکری. receptive field اینجا چیست؟ یک سطحی از پوست است که هر جایش را تحریک کنیم رسپتور حسی ما پاسخ می‌دهد. در مورد بینایی، شبکیه روبروی visual Field قرار دارد. receptive field فتورسپتورهای ما چیست؟ آیا سطحی از پوست است؟ خیر. یک سطحی از میدان بینایی است که نور از آنجا دارد به چشم ما تابانده می‌شود. ممکن است نور difuse باشد همه جا را روشن کند یا ممکن است Soft باشد. 
در مجموع: وقتی از شبکیه بریم جلو… وارد تالاموس که می‌شویم در انتهای تالاموس دو جور visual Field خواهیم داشت ولی وارد V. R. F. که می‌شویم V. F. C فرم دیگری می‌شود. چون سلول‌ها سلولهای دیگری هستند و نوع پاسخگویی شان فرق می‌کند. تخصصشان برای تشخیص مسائل بینایی فرق می‌کند. پس receptive field آن خاص خودش است. در تالاموس با هسته ژنیکولیت نیز همین حالت را داریم ما دو نوع receptive field داریم. در شکلی از کتاب کندل یک دایره سراسر خاکستری رنگ داریم و یک دایره سرلسر صورتی رنگ داریم. نوع اول receptive field ما تحت عنوان diffuse receptive field است. یعنی هر جای این دایره را علامت مثبت بگذاریم و دایره صورتی رنگ را علامت منفی بگذاریم همه جای دایره. یعنی چه؟ در دایره خاکستری رنگ هر جایی از دایره را محرک وارد کنیم پاسخی که دایره خاکستری می‌دهد تحریکی و در مورد دایره صورتی پاسخ مهاری است. به این می‌گویند diffuse receptive field. حالا یک نوع receptive field داریم به نام concertrated receptive field. یعنی دو تا دایره متحدالمرکز روی هم قرار دارند. مثلاً در دایره خاکستری وسطش یک دایره کوچکه صورتی در نظر می‌گیریم و در دایره صورتی وسطش یک دایره کوچک خاکستری در نظر می‌گیریم. یعنی یک ناحیه central داریم و یک ناحیه surround (محیطی). حالا در دایره خاکستری وسطش را مثبت و اطرافش را منفی می‌گذاریم. دایره صورتی رنگ برعکس است یعنی وسطش را منفی و اطرافش را مثبت می‌گذاریم که به این نوع receptive field می‌گویند concentrated receptive field. پس اگر تحریک به مرکز دایره خاکستری بیاید پاسخش تحریک و اطرافش بیاید پاسخ مهار است. دایره صورتی برعکس است. سلول خاکستری با مرکز صورتی رنگ On center و off surround است. سلول صورتی با مرکز خاکستری off center و on surround است. 
قبلاً گفتیم تمام سلول‌های موجود در شبکیه به غیر از Ganglion cells، اینترنورون هستند، بسیار کوچک هستند. الکتروتونیکال می‌توانند پیام را منتقل کنند. پس ثابت طول و ثابت زمان دارند. سطح receptive field را به صورت دایره یا ذوزنقه نشان می‌دهند. قطر دایره نشان می‌دهد که receptive field ما برای آن دایره بزرگ است یا کوچک. receptive field فتورسپتورها خیلی کوچک است که مثلاً می‌توانیم علامت منفی را وسطشان بگذاریم. این به چه معناست؟ چه چیزی باعث می‌شود receptive field بزرگ‌تر شود. گستردگی دندریت‌ها باعث آن می‌شود هر چه extentتر 🤔 باشند. و به اطراف branch کرده باشند . .receptive field بزرگ‌تر خواهد بود یا سوما پیام را دریافت می‌کند یا دندریت. دندریت‌ها اگر به اطراف گسترش پیدا کرده باشند receptive field بزرگ‌تر می‌شود. حالا وقتی در مورد فوتورسپتور صحبت می‌کنیم. فوتورسپتورها دندریت ندارند. شکل تیپیک یک نورون نیست. بنابراین دایره بسیار کوچک می‌شود ولی یک علامت منفی که وسطش می‌گذاریم. یعنی چه؟ یعنی فوتورسپتورها وقتی نور به آنها برخورد می‌کند هایپرپلاریزه می‌شوند. علامت منفی یعنی هایپرپلاریزه شدن و این علامت منفی نشانه مهار نیست. نشانه هایپرپلاریزه شدن است. در فوتورسپتورها قطع ترشح گلوتامات به معنی تحریک است.‌

Horizontal Cells: آکسون ندارند. دندریت دارند. دندریت‌هایشان خیلی گسترش پیدا کرده و در آن واحد می‌تواند با چند فوتورسپتور سیناپس کند. بنابراین دایره ای که به عنوان receptive field برایش می‌گذاریم خیلی بزرگ است. و وسطش یک علامت منفی می‌گذاریم. به چه معنی است؟ به معنی این است که این سلول‌ها کارشان مهار است.

Bipolar cells: دو نوع هستند: یکی هایپرپلاریز‌ه کننده‌ها و دیگری دپلاریزه‌کننده‌ها. دپلاریزه‌کننده‌ها آنهایی هستند که ارتباط و سیناپس مستقیم با فوتورسپتورها دارند و قاعدتاً نوع فوتورسپتوری که با اینها سیناپس می‌کند مخروطی است. چون ارتباط مستقیم است به آنها می‌گویند سلولهایی که دپلاریزه می‌شوند و دپلاریزه‌ می‌کنند؛ یعنی سلول بعد را تحریک می‌کنند. هایپرپلاریز‌ه کننده‌ها آنهایی هستند که ارتباط مستقیم با فوتورسپتور ندارند. سلول‌هایی که هایپرپلاریز‌ه می‌شوند می‌توانند استوانه ای یا مخروطی باشند. چون غیرمستقیم است پس از طریق‌ها هریزون سل دارد ارتباط برقرار می‌کند با بایپلار. پس سلول بعدی نمی‌تواند تحریک شود.

نکته: حس در انسان کنتراستی است. بنابراین ما برای کنتراست لازم است مهار داشته باشیم که معمولاً یا surround inhibition داریم یا Lateral inhibition داریم. دو تا ایستگاه برای مهار وجود دارد: ۱- Horizontal cells (افقی) ۲- Bipolar cells هایپرپلاریزه کننده. اینها به عنوان مهارکننده جانبی می‌توانند وارد عمل شوند. 

در کتاب کندل یک شکلی دارد که یک خط فرضی کشیده و گفته برخی از Bipolar cells آکسونشان به این خط نمی‌رسد و برخی دیگر نه تنها می‌رسد بلکه رد هم می‌شود. اگر Bipolar cell داشته باشیم که ترمینال آکسونی اش به آن خط نرسد. اینها در واقع off cell هستند همان سلول‌های هایپرپلاریزه هستند و اگر بر سد و بگذرد یعنی دارد به Ganglion cells نزدیک می‌شود که با آنها سیناپس کند. اینها on cell هستند یعنی همان سلول‌های دپرپلاریزه کننده هستند. انواع مختلف دارند سلولهای دو قطبی منتشر (DB)، دو قطبی‌های کوچک روشن و خاموش (imb و midget bipolar cell (fmb ، دو قطبی میله‌ای (.Rod B)

صفحه ۱۴

Bipolar cellهای  off است. باید توجه داشته باشیم که اگر Bipolar cell ما off است حتماً Ganglion cellی که با آن سیناپس می‌کند off است. اصطلاحاً می‌گویند ارتباطی corresponding است و اگر Bipolar cell ما on است حتماً Ganglion cell که با آن سیناپس می‌کند on است.

خوب حالا گلوتامات از فوتورسپتور آزاد شده روی Bipolar cell رسپتور دارد. گلوتامات دو نوع رسپتور دارد: آیونوترونیک و متابوتروپیک. بر روی‌ Bipolar cellهای off و Ganglion cellهای off دارای آیونوترونیک رسپتور است (AMPA و کاینات). اینها رسپتورهای کایتونیک هستند پس تحت تاثیر نور باز می‌شوند و مسیر off را روشن می‌کنند. مسیر off یعنی هیچی!!‌

Bipolar cellهایی که on است گیرنده متابوتروپیک دارند پس در تاریکی دپلاریزه می‌شوند. گیرنده‌های متابوتروپیک وقتی گلوتانات به آنها می‌چسبد بسته می‌شوند. پس در Bipolar cells و Ganglion cells دپلاریزاسیون نخواهیم داشت.
در روشنایی که نور می‌تابد گلوتامات قطع می‌شود. پس دپلاریزاسیون فوتورسپتور (دیس فسیلیته) می‌شود نمی‌گوییم مهار می‌شود پس قبلش فسیلیته شده است. پس مسیر در تاریکی تحریک نشده فسیلیته شده چون دپلاریزه شده است. حالا که نور تاییده، گلوتامات قطع شده که این دیس فسیلیته شده است ولی مسیر Off که در روشنایی گلوتاماتش قطع شده، دیس اینهیبیش شده پس مهارش قطع شده و مسیر روشن شده و دارد پیام را منتقل می‌کندـ این مسیری که گفتیم مسیر مخروطی است. یعنی در فوویولاست. ولی ما در جاهای دیگر شبکیه هم Rod و هم cone داریم. حالا وارد مدار سلول‌های استوانه ای می‌شویم وقتی نور به سلول استوانه‌ای می‌خورد که می‌خواهد با gap junction پا انتقال شیمیایی مدار سلول مخروطی را بدون اینکه نور به آن تابیده شود روشن کند. نور به سلول استوانه‌ای تابیده و RB را تحت تأثیر قرار داده نه CB. یک نمون از سلول‌های آماکرین بسیار اساسی هستند. تحت عنوان سلول‌های آماکرین A2. اینها وقتی تحریک می‌شوند دو تا مسیر را تحت تاثیر قرار می‌دهند. یکی مسیر Off است که منجر به off بودنش می‌شوند. چگونه؟ با سپاپس گلیسینرژیک. و مهارش می‌کنند و پیامی منتقل نمی‌شود. پیامی هم اگر منتقل شد آماکرین جلویش را می‌گیرد. از طرفی آماکرین سل که A2 است می‌آید با Bipolar cellهای on در مسیر سیناپس gap junction برقرار می‌کند (سلول های 🤔مخروطی) و این سیناپس الکتریکی مسیر را روشن می‌کند و سلول‌ها می‌توانند پیام را منتقل کنند. البته این مطلب را بدانیم که مهم است شدت نوری که به سلول‌هاس استوانه‌ای می‌خورد چقدر است؟ آیا می‌تواند منجر به تحریک شدن سلول‌های آماکرین شود؟ سلول مخروطی داریم که تحت تاثیر محیط خودش است. پس این سلول محیطی باید نورش به اندازه کافی باشد که مسیر سلول مخروطی (نه خود سلول) را روشن کند.

سلول‌های گانگلیونی ۴ نوع receptive field دارد که این ۴ نوع receptive field کاملاً با عملکردی که سلول گانگلیونی ما دارد انطباق دارد و مناسب با شرایط آن است. در شکل 10-22 کتاب کندل پاسخ سلول‌های گانگلیونی با مرکز محیط را دارد نشان می‌دهد

سوال امتحانی: سؤال را نگفتند.

۲۰ نوع سلول گانگلیونی داریم. برای اولین بار در شبکیه گربه بررسی شد. به خاطر کنجکاوی که روی چشم گربه داشتند و می‌خواستند بدانند که چرا چشم‌های گربه در شب می‌درخشد. گربه از شکارچیان شب است. گربه یک لایه اضافه در شبکیه چشم دارند که در روز نور را ذخیره می‌کنند شب آن را آزاد می‌کند و این دلیل در درخشش چشم گربه سانان در شب است. عینک‌های دید در شب را از روی آن ساخته اند (مادون قرمز). در شبکیه گربه که بررسی کردند ۳ گروه سلول‌های گانگلیونی شناسایی کردند.

انواع سلول‌های گانگلیونی: W ،X و Y. 

مشخصات سلول‌های گانگلیونی: ۱- قطر جسم سلولی‌شان یا قطر آکسون و قطر غلاف میلین و سرعت هدایت پیام عصبی ارتباط مستقیم دارد. 

W-ganglion: جسم سلولی‌شان خیلی کوچک است، قطر آکسون و میلین کوچک است. سرعت انتقال پیام در آنها، بسیار کم است حدود ۸ متر بر ثانیه است. ولی انشعابات در دندریتی بسیار گستره ای دارند. بنابراین receptive field اینها بسیار بسیار گسترده است و جوری است که می‌توانند در آن واحد از روی این convergence انجام شود. بنابراین به طور غیرمستقیم از تعداد زیادی فوتورسپتور اطلاعات را دریافت می‌کنند. معمولاً در پریفرال قرار گرفته اند. معمولاً با سلول‌های استوانه ای در ارتباط‌اند. پس اینها در dim light تحریک می‌شوند. با رنگ کاری ندارند. با اکتیویتی کاری ندارند و صرفاً چیزی که گزارش می‌کنند درخشندگی (luminous) است. پس receptive fieldشان دیفیوز است. پس این نوع سلول‌های گانگلیونی برای دید اسکوتوپیک است. برای گزارش brightness و برای ساعت بیولوژیکی و برای تعیین قطر مردمک و برای هر دید دقیقی یک بک گراند لازم است که آن بک گراند همین سلول‌های گانگلیونی نوع‌ W است. پس ما به مسیر بینایی سلول‌های W کاری نداریم ولی اینها به midbrain می‌روند و با هیپوتالاموس در ارتباطند. با تکتال در ارتباط‌اند. با super colliculus در ارتباط‌اندـ Wها، ۴۰ درصد از سلول‌های گانگلیونی را تشکیل می‌دهند.

X-ganglion: جسم سلولی‌شان نسبت به W بزرگتر است. receptive field بسیار کوچکی دارند. قطر آکسون بزرگ شده، قطر میلین بزرگ شده، سرعت هدایت یک کمی‌رفته بالا به 14 متر بر ثانیه رسیده و چون receptive field کوچک است تعدادشان زیاد است. این قانون در همه جاصدق می‌کند. چون ناچار است با Sample زیاد پیام را منتقل کند. دیگر نمی‌تواند به شاخه های دندریت خود اکتفا کند. پس تعداد را زیاد می‌کند. X-ganglionها ۵۵ درصد سلول‌های گانگلیونی را تشکیل می‌دهند. چون receptive fieldشان خیلی کوچک است پس convergence روی آنها اتفاق نمی‌افتد. سیناپس آنها یک به یک است پس در ناحیه فوویولا است. این سلول‌ها در رابطه با رنگ با دقت هستند منتها پاسخشان sustained است و ماندگار است. X-ganglionها مسیر بینایی را می‌روند و وارد primary visual cortex (area V1) می‌شوند. ناحیه ای خاص در لایه ۴ را دارند.
و بعد از لایه ۴ به لایه های فوقانی تحتانی کورتکس خواهند رفت و رنگ را detect می‌کنند.

Y-ganglion: جسم سلولی به شدت بزرگ شده. پس سرعت هدایت رفته بالا حدود ۵۵-۵۰ متر بر ثانیه شده. ۵ درصد بیشتر نیستند. تعداد کم است ولی بسیار اساسی هستند. راه دیگری از بینایی را در پرایمری درست می‌کنند و انشعابات دندریتی بسیار گسترده دارند. سلول‌هایی هستند که ناچارند از سلول‌های مخروطی نمونه بگیرند. با همه اینها در ارتباطند. تا هر گونه تغییری را در میدان بینایی گزارش می‌کنند. چرا؟ چون سرعتشان بالاست به هر تغییری جواب می‌دهند و چون سرعت پاسخ بالاست transient هستند یعنی وقتی تحریکی وارد می‌شود همان ابتدا قویاً جواب می‌دهند اسپایک و بعد fail می‌شود. پس پاسخش ادامه پیدا نمی‌کند فقط همان ابتدا است. اینها ناچارند با سلول‌های مخروطی و استوانه ای ارتباط داشته باشند. پس کانور جنسی 🤔 که روی آنها انجام می‌شود و سمپلی که می‌گیرند از هر دو است. چون ناچارند تغییر رنگ را گزارش کنند. ناچارند تغییر جهت حرکت را بگویند. تغییر میزان نور و شدت نور را گزارش کند و .. و خیلی چیزهای دیگر که ما در دید عمقی خواهیم داشت.

در میمون (ماکاک)
شبیه‌ترین CNS به انسان در ماکاک است که درون شبکیه‌اش سلول‌های گانگلیونیش را شناسایی کردند. نوع W در انسان در ماکاک به نام K. نوع X به نام P و نوع Y را M می‌نامند. پس K ،P و M سلول‌های گانگلیونی ماکاک است. در کتاب دیگری P را به نام Pآلفا ونوع M را Pبتا می‌نامند‌.

سوال امتحان: نوع چهارم سلول گانگلیونی چیست و خصوصیت آن چیست؟

سلول‌های گانگلیون ما باید هم حالت دیفیوز و هم concentrate داشته باشند. دیفیوز برای آنهایی است که فقط luminous را گزارش می‌کنند ولی Contentrate‌ها خیلی اساسی‌اند. دیفیوز نوع K یا W است که brightness را گزارش می‌کند و به مناطق old می‌رود از نظر فیلوژنیکی بینایی. سلول‌های گانگلیونی

صفحه ۱۷

در شکل کتاب کندل. نوری که تا بلنده 🤔 هم می‌تواند Flat باشد هم Spot. نور Flat یعنی جوری می‌تاباند که کل شبکیه را روشن می‌کند و spot یعنی نوری که فقط قسمت خاصی را روشن می‌کند. مثلاً فرض کنیم چراغ مطالعه را روشن می‌کنیم نور به کل شبکیه ما می‌تابد و یا نه یک مقوا را یک دایره کوچک از آن در می‌آوریم و مقوا را جلوی چراغ مطالعه می‌گیریم فقط همان مقدار کم نور به چشم می‌خورد این می‌شود spot. 
پس ما دو جور سلول گانگلیون داریم مطالعه می‌کنیم و دو جور پاسخ داریم از نظر Firing rate و ارسال پتانسیل عمل (AP). اگر نوری که می‌تابد Spot باشد و فقط central را روشن کند. پاسخی که برای sustained و transient داریم فرق دارد.
در حالتی که نور به مرکز تابانده می‌شود، پاسخ ماندگار یا تونیک داریم و پاسخ transient داریم فازیک. در حالت دیگر نور را به محیط سلول می‌تاباند. این حالت برعکس می‌شود. در سلول on center نور را به محیطش بتابانیم. پاسخ نخواهد داشت چه ماندگار و چه transient. حالا نور را به شکل flat تابانده. پس سلول خنثی 🤔 است چون به مرکز بتاباند یک پاسخ و به محیط بتاباند یک پاسخ را جمع می‌کنیم که به نظر می‌رسد سلول را خنثی کرده. یکی از خصوصیات سلول‌های گانگلیونی برخلاف sensory cell‌های حس پیکری که client هستند، این است که در حالت استراحت سایلنت نیستند. در حالت استراحت AP صادر می‌کنند و سایلنت نیستند البته با فرکانس خیلی پایین. مزیت این موضوع چیست؟ دو طرفه می‌تواند جواب دهد نور زیاد شود فرکانس AP آن بالا می‌رود و نور کم شود فرکانس می‌آید پایین. پس دو جهته جواب می‌دهد. اگر سایلنت باشد وقتی نور هست جواب می‌دهد ولی سایلنت نیست ولی اگر سایلنت باشد از base بک گراند نور کمتر شود دیگر نمی‌تواند جواب بدهد. چون سایلنت است. ولی وقتی خود به خود AP دارد دوباره می‌تواند جواب دهد.
وقتی می‌گوییم خنثی است نه تحریک شده نه مهار.  پس Rest خود را نشان می‌دهند. حالا کل center را در سلول بعدی روشن کرده. پاسخ خیلی زیاد می‌شود. Firing rate آن زیاد شده یعنی فرکانس زیاد شده دامنه زیاد نمی‌شود چون قانون همه یا هیچ در AP داریم. 
در سلول off cell اگر نور را به محیط بتابانیم پاسخ شدید می‌شود. یعنی Centre آن به چه چیزی جواب می‌دهد؟ به تاریکی. حالا اگر اطراف را تاریک کنیم جواب چیست؟ Surround که on است مهار می‌شود. حالا همه را تاریک کرده بعد آمده Surround 🤔 را روشن کرد و پاسخ بسیار شدید می‌شود. 

CV استاد گرانقدر خانم دکتر توراندخت بلوچ نژاد