Zvětšit obrázek

Buňky v oku:
Tyčinky a čípky - modifikované neurony reagující na světlo.
Pigmentové buňky – světlo, které prošlo tyčinkami, nebo čípky a bylo jako signál přijato, je třeba utlumit, aby svými odrazy nezkreslovalo ostrost obrazu. U šelem s nočním viděním ale tyto buňky mají pigment, který odraz podporuje a zajišťuje tak maximální využití přicházejících fotonů.
Bipolární buňky - převádí vzruch z čivých buněk.
Horizontální buňky (amakrinní buňky) - propojují bipolární a gangliové buňky.
Gangliové buňky – početně jich není mnoho (jen asi desetina počtu čivých buněk), sbírají informace ze sítnice a přeposílají do mozku. Zrakový nerv je tvořen spletí axonů gangliových buněk.

Všichni savci mají stavbu oka podobnou. Sítnici tvoří buňky citlivé na světlo, pomocné buňky a  také gangliové neurony, které mají v popisu práce informace od těch ostatních buněk předávat prostřednictvím zrakového nervu do mozku. Některá zvířata, jako třeba kočky, makaci, lvi, ale i člověk, mají na sítnici okrsek, kde je hustota světločivných a gangliových buněk vyšší a odkud mozek získává obraz v lepší kvalitě – s vyšším rozlišením. Buňky lidského oka nemají jednoduchý život, od božího rána, kdy otevřeme oči všechny buňky v sítnici  „jedou“ na plný výkon a tak chvilku oddechu nemá ani příslušná neuronová síť tvořená ganglionovými buňkami od nichž vede přímá linka zrakovým nervem do mozku. Systém se vypíná jen když spíme, nebo když ztrácíme vědomí. Pro myši to neplatí, mají v oku „ulejváky“.

Zvětšit obrázek

Z leva do prava: Yifeng Zhang - první autorka publikace, se svými kolegy Markusem Meisterem, Joshuou R. Sanesem, In-Jung Kimem a Masahito Yamagatou (Kredit: Harvard University )

Myši v roli kameramanů
Kolektiv přírodovědců z Cambridge pomocí kamer připevněných na hlavy hlodavců nahrával na co se zvířata při svém šmejdění sem a tam v různých situacích dívají a na co se soustředí. Videa pak přehrávali jiným myším dobrovolníkům a aby je při tom nic nerozptylovalo, pouštěli jim obraz přímo na sítnici. Vědci při tom sledovali, co to provádí s aktivitou jednotlivých buněk sítnice. Nepracovali s normálními myšmi, ale s geneticky modifikovanými, jimž některé buňky v oku fluoreskovaly. Což jim dovolilo se v té spleti vyznat. Nejvíce se zaujaly malé „W3“ buňky. Je o nich známo, že plní funkci převodníku mezi čivými buňkami sítnice a mozkem. Jsou to tedy jakési snímače pixelů, které prostřednictvím očního nervu informují zraková centra týlního laloku na co zíráme. Mozek si to poskládá a rozhodne, zda setrvat na ladných křivkách, nebo zda jde o něco z čeho kouká akorát tak nějaký malér. 

U myší je všechno jinak
Vědcům začalo být podezřelé, že zatímco většina buněk sítnice neustále makala až se z nich kouřilo, W3 buňky se chovaly jako kdyby byly po flámu. Své povinnosti - předávat mozku vše na co světločivné buňky „čučí“, evidentně zanedbávaly a přepouštěly dál jen sem tam něco. Z míry je nevyvedlo ani, když se myším před očima něco hýbalo a dokonce ani když se jim to promítlo do míst, kde mají hustotu světločivných buněk největší. Něco tady evidentně nehrálo, protože teoreticky právě tato místa disponující největším rozlišením snímaného obrazu a tak je logické, že by měla o "něčem co se hýbe", podat do mozku informaci aby mohl posoudit, zda nejde o riziko.

Proč gangliové buňky informace mozku tají? 
Tuto záhadu se pokoušel zjistit čínsko-anglický tým a začal chování buněk v oku zkoumat detailně. Potrdilo se, že gangliové buňky svého šéfa - mozek informují laxně, navzdory tomu, že signály od tyčinek, čípků a bipolárních buněk se k nim dostávají v hojném počtu a nepoškozené. Porucha ve světločivných buňkách to tedy nebyla a bylo třeba hledat jinde. Hlavní podezřelé W3 buňky, nepředávají informaci o pohybujících se věcech před očima proto, že podněty pohybu jsou u nich silně utlumeny. Nečinnost buněk tedy souvisí s před a po-synaptickém zpracování signálu.

Jenže!
Jenže to neplatí vždy. O tom, zda dojde k útlumu signálu nebo ne, rozhoduje detail - zda signál pochází od pohybu něčeho co je blízko, nebo jde o pohyb v dálce. Příchozí signál gangliové buňky propouští dál do mozkového centra v plné síle jen pokud se pohybující se předmět vyskytuje poměrně daleko a ani to není všechno, musí ještě splňovat jednu podmínku - okolí pohybujícího objektu musí být „fádní“.

Takový nesmysl...

Zvětšit obrázek

Myší gangliová buňka W3 (zeleně). Hustá síť jejích výběžků dokládá její komunikaci (a sběr dat) s mnoha okolními buňkami sítnice. Podle charakteru přicházejících informací a zpětných vazeb se v těchto buňkách rozhdouje, v jaké podněty od světločivných buněk budou nasměrovány do mozku a které jako nepodstatné mu budou „zamlčeny“. (Kredit: EYEWIRE) http://wiki.eyewire.org/en/W3_Cell

Při dostatečné představivosti to určitý smysl začne dávat. Vyjděme z toho, že myš nemá tak velký mozek jako my a že si tedy nemůže dovolit do něj posílat stále a všechno. Připusťme, že myš vzhledem k výkonnosti harvéru musí obrázky komprimovat a selektovat a tak tím pověřila ty, kdož jsou dění nejblíže - gangliové buňky v oční sítnici. Musely by být poctěny důvěrou v podobě vysoké míry autonomie. Tím by se ale dal vysvětlit náš omyl neboť to, co jsme považovali za lenivost gangliových buněk, by byla ve vlastně dobře odvedená práce. Ve skutečnosti informace přicházející od světločivných buněk tyto buňky přebírají ale většinu jich jako nepotřebných „hází do koše“. Když jim ale „scéna“ z nějakého důvodu začne připadá riziková, spouští poplach, přestávají mozek šetřit a prostřednictvím zrakového nervu do něj perou všechny informace, které se jim z tyčinek a čípků daří pochytat. Pokusy ukázaly, že než se k masivnímu bombardování mozku buňky odhodlají, musí přicházející signály splnit řadu podmínek, jinak hlídají zpětné vazby zajistí jejich utlumení.
 

Co je pro gangliové buňky dostatečným strašákem?
Z pohody je v pokusech vyvedla projekce siluety letícího ptáka na obloze. V ten okamžik z nich do mozku letěly salvy impulsů. Po této zkušenosti vědci buňkám už neříkají flákači, naopak jim k W3 přifařili dodatek „hi-res“. Zajímavé na tom je, že promítaný obrázek dravce na myší sítnici se musel v reálu pohybovat poměrně daleko a musel být na fádním a nepohybujícím se pozadí? I to má to má logiku. Od shluku neuronů nemůžeme očekávat přehnanou inteligenci a  jejich „rozhodovací proces“ musí být jednoduchý a řešit jen to nejdůležitější. Pokud připustíme, že tím nejrizikovějším případem pro myšku je dravec útočící z čistého nebe (tedy na nehybném pozadí), pak ta zpětná vazba (podmínka) nehybného fádního pozadí je do systému vložena zcela právem. Když totiž má myš nad sebou pohybující se větve s třepotajícími se listy, s velkou pravděpodobností se za ní dravec moc nepožene. Žhavit proto mozkové závity kvůli prkotině byl zbytečný luxus. Myšlení totiž není zadarmo, provoz mozku stojí hodně energie a o případných následcích permanentního stresu ani nemuvě.

Objev nové funkce oka

Zvětšit obrázek

A to jsme si mysleli, že o nejlépe prostudovaném živočišném modelu – myši, toho víme už hodně. O bezpečnostním systému zabudovaném v sítnici oka, jsme neměli ani ponětí. Snad nás tato lekce v naší nadutosti zase na čas umravní. (Kredit: George Shuklin Wikipedia)

Pravomoc, kterou myší oko dostalo je fascinující – jeho sítnice vlastně neslouží jen ke koukání, ale i jako alarm, který bez mozku posuzuje riziko hrozby. Systém nedělal žádný blbec. Samostatností v něm pověřil jen část buněk a jen v jedné lokalitě. Tím zajistil, že systém bude fungovat jen v situacích, kdy se silueta predátora dostane blízko centrální části sítnice. Posun obrazu mimo největší shluk světločivných a gangliových buněk (kdy se predátor dostává do pozice pro něj méně výhodné), způsobí, že tok informací z nejvýkonnější části sítnice buňky W3 utlumí. Jakoby se řídily heslem „šéfa neradno budit kvůli prkotině“.
K selhávání systému dochází, když promítaná silueta dravce je hodně blízko.  Ale ani to vlastně není nelogické, neboť v to už většinou na velké přemýšlení není čas a lepším řešením je zariskovat a jednat podle nějakého stereotypního scénáře. To ale jsou již jen naše nepodložené úvahy.

Díky své jednoduchosti myší varovný systém není tak specifický, jak se na počátku pokusů zdálo. Další strašení chlupatých dobrovolníků ukázalo, že stav nejvyššího ohrožení nespouští silueta ptáka, ale jakýkoliv objekt, který se na prázdném pozadí začne hýbat. Inu, od shluku buněk nemůžeme očekávat zázraky. Z pohledu evoluce i to ale může být předností. Bylo by nelogické, aby systém, který má za úkol pracovat rychle, musel nějak složitě porovnávat tvary siluet a dolovat k tomu odněkud z hloubi nějakého mozkového šuplíku potřebná data. Nepřesné, ale  jednoduché, energeticky úsporné a rychlé řešení, které si myši na svou obranu vyvinuly, se může pochlubit ještě jedním kladem – funguje na všech kontinentech, chrání i před těmi predátory s nimiž se zvíře nemělo tu čest nikdy potkat a bude funkční i tehdy, až někde vznikne nějaký nový nepřítel. Ať už bude opeřený, nebo bude mít křídla jako měli pterodaktylové.

Na rozškatulkování gangliových buněk a jednotném názvosloví se vědci z různých pracovišť zatím nemohou shodnout. Označení subtypu W3 je provizorní a možná se časem změní. Ale ať už jim budeme v budoucnu říkat jakkoliv, na jejich schopnostech a významu to neubere. Zda tento varovný systém v oku mají i další savci, ukáže až další výzkum.

Pramen: PNAS