Nerw wzrokowy i jego wizualne połączenie z mózgiem

Nerw wzrokowy, przypominające kabel zgrupowanie włókien nerwowych, łączy i przekazuje informacje wzrokowe z oka do mózgu. Nerw wzrokowy składa się głównie z aksonów komórek zwojowych siatkówki (RGC). W ludzkim oku nerw wzrokowy odbiera sygnały świetlne z około 125 milionów komórek fotoreceptorowych (znanych jako pręciki i czopki) za pośrednictwem dwóch pośrednich typów neuronów, komórek dwubiegunowych i amakrynowych. W mózgu nerw wzrokowy przekazuje sygnały wzrokowe do bocznego jądra gałkoruchowego (LGN), gdzie informacje wzrokowe są przekazywane do kory wzrokowej mózgu, która przekształca impulsy obrazu w obiekty, które widzimy.

W tkankach siatkówki oka ponad 23 typy RGC różnią się znacznie pod względem morfologii, połączeń i odpowiedzi na stymulację wzrokową. Te przekazujące bodźce wzrokowe RGC to komórki neuronalne. Wszystkie one mają definiujące je właściwości:

1. posiadanie ciała komórkowego (soma) na wewnętrznej powierzchni siatkówki
2. posiadanie długiego aksonu, który rozciąga się do mózgu przez skrzyżowanie nerwów wzrokowych i przewód wzrokowy
3. synapsy z LGN. RGC tworzą wiele funkcjonalnych ścieżek w obrębie nerwu wzrokowego w celu przekazywania sygnału wzrokowego

Ludzie widzą trzy podstawowe kolory: czerwony, zielony i niebieski. Wynika to z posiadania przez nas trzech różnych rodzajów wrażliwych na kolory komórek czopkowych: czopków czerwonych, zielonych i niebieskich.

RGC łączące się z czerwonymi i zielonymi czopkami to średnie RGC. Znajdują się one głównie w centrum siatkówki (zwanym dołkiem). Pojedynczy średni RGC komunikuje się z zaledwie pięcioma fotoreceptorami. Przesyłają one sygnały koloru czerwono-zielonego do warstwy parwokomórkowej w LGN (patrz rysunek). Szlak środkowo-komórkowy reaguje na zmiany koloru, ale ma niewielką lub żadną reakcję na zmianę kontrastu. Szlak ten ma centralne i otaczające pola recepcyjne oraz wolne prędkości przewodzenia. Dzięki temu szlakowi możemy widzieć obiekty dokładnie, szczegółowo i w pełnym kolorze.

Bistratyfikowane RGC są prawdopodobnie zaangażowane w widzenie koloru niebieskiego. Komórki bistratyfikowane otrzymują informacje wizualne pierwotnie z pośredniej liczby czopków i pręcików. Bistratyfikowane RGC łączą się z warstwami koniokomórkowymi w LGN (patrz rysunek). Neurony koniokomórkowe tworzą solidne warstwy w całym polu widzenia i mają umiarkowaną rozdzielczość przestrzenną, umiarkowaną prędkość przewodzenia i mogą reagować na bodźce o umiarkowanym kontraście. Mają bardzo duże pola recepcyjne, które posiadają tylko regiony w centrum (bez regionów poza otoczeniem).

Obiekty mogą być widziane w ciemności z ruchem i grubymi konturami uwydatnionymi dzięki parasolowym RGC. Na obrzeżach siatkówki pojedynczy parasolowy RGC łączy się z wieloma tysiącami fotoreceptorów (wiele pręcików i kilka czopków). Parasolowe RGC wysyłają swoje aksony do warstw magnokomórkowych LGN (patrz rysunek) i zajmują się głównie percepcją wzrokową. Mają szybkie prędkości przewodzenia, mogą reagować na bodźce o niskim kontraście, ale nie są zbyt wrażliwe na zmiany koloru.

Wreszcie, ludzie mogą widzieć obiekty w trójwymiarze dzięki skrzyżowaniu włókien nerwu wzrokowego w skrzyżowaniu nerwów wzrokowych. Ta struktura anatomiczna pozwala ludzkiej korze wzrokowej odbierać to samo półkulowe pole widzenia z obu oczu (patrz rysunek), umożliwiając w ten sposób korze wzrokowej generowanie widzenia obuocznego i stereoskopowego.

Niedawno odkryto nowy typ RGC, zwany światłoczułymi RGC. Światłoczułe RGC w minimalnym stopniu przyczyniają się do naszego widzenia, ale odgrywają kluczową rolę w regulacji widzenia. Aksony światłoczułych RGCs nie mają połączeń z LGN, ale tworzą szlak siatkówkowo-podwzgórzowy i synapsy do trzech innych miejsc w mózgu dla określonych funkcji regulacji widzenia:

1. Jądro przedwzrokowe: zaangażowane w odruchowe ruchy gałek ocznych, pomagając w ten sposób w ukierunkowaniu tego, co chcemy zobaczyć.
2. Jądra śródmózgowia: zaangażowane w kontrolowanie wielkości źrenicy, pomagając w ten sposób dostosować jasność obiektów; i koordynowanie ruchu oka w celu ustawienia ostrości
3. Jądro nadskrzyżowaniowe: zaangażowane w regulację cyklu snu i czuwania.

W pełni funkcjonalny nerw wzrokowy jest niezbędny do widzenia. Oczywiście każde uszkodzenie nerwu wzrokowego spowoduje przerwanie precyzyjnego przekazywania informacji wzrokowych między siatkówką a mózgiem, bezpośrednio prowadząc do zniekształcenia widzenia i/lub utraty wzroku. Uszkodzenie nerwu wzrokowego może wynikać z:

1. bezpośredniego/pośredniego uszkodzenia fizycznego (np. urazu oka)
2. ostrego/podostrego uszkodzenia fizjologicznego (np. infekcji lub stanu zapalnego lub nowotworu złośliwego)
3. Przewlekłe zwyrodnienie neuronów (np. jaskra, najczęstsza przyczyna uszkodzenia nerwu wzrokowego).

Co więcej, nerw wzrokowy jest również bardzo ważnym modelem in vivo do badania ochrony i regeneracji ośrodkowego układu nerwowego. Na poziomie biologii komórkowej, aksony RGC są pokryte mieliną wytwarzaną przez oligodendrocyty (a nie komórki Schwanna obwodowego układu nerwowego) po wyjściu z oka w drodze do LGN, a zatem są częścią ośrodkowego układu nerwowego. Naukowcy uzyskali ostatnio coraz więcej dowodów na to, że niektóre rodzaje uszkodzeń nerwu wzrokowego mogą być odwracalne w przyszłości. Dlatego też nerw wzrokowy stanowi potencjalne okno do badania bardziej skomplikowanych chorób zwyrodnieniowych neuronów, takich jak choroba Alzheimera i choroba Huntingtona.

3/12/15

Jun Lin, MD, PhD
Adiunkt,
Oddział Okulistyki
New York Eye and Ear Infirmary of Mount Sinai
Icahn School of Medicine at Mount Sinai

--

James Tsai, MD, MBA
Przewodniczący Narodowego Programu Edukacji Zdrowia Oczu w zakresie Jaskry
Przewodniczący podkomisji, New York Eye and Ear Infirmary of Mount Sinai Przewodniczący
Wydział Okulistyki
Icahn School of Medicine at Mount Sinai

Nerw wzrokowy i jego wizualne połączenie z mózgiem Tagged on: Dr Jun Lin. Dr. James Tsai Icahn School of Medicine at Mount Sinai New York Eye and Ear Infirmary of Mount Sinai Chair nerw wzrokowy