1 LSMU
NEUROMOKSLŲ INSTITUTAS
MOKSLINIO DARBO VADOVAS DR. G. BARANAUSKAS
EMILIJA DAKNEVIČIŪTĖ
MEDICINOS FAKULTETO VI KURSO 1 GRUPĖS STUDENTĖ
NEURONINIŲ SIGNALŲ VIRSMŲ TYRIMAS ŽIURKĖS VIRŠUTINIUOSE KALNELIUOSE
BAIGIAMASIS MAGISTRO DARBAS
2 TURINYS
SANTRAUKA...3
ABSTRACT...4
INTERESŲ KONFLIKTAS...5
ETIKOS KOMITETO LEIDIMAS...5
SANTRUPOS...5
SĄVOKOS...5
ĮVADAS...6
DARBO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI...7
LITERATŪROS APŽVALGA...7 TYRIMO METODIKA...10 REZULTATAI...11 REZULTATŲ APTARIMAS...17 IŠVADOS...19 LITERATŪROS SĄRAŠAS...20
3 SANTRAUKA
Emilija Daknevičiūtė, Neuroninių signalų virsmų tyrimas žiurkės viršutiniuose kalneliuose, baigiamasis magistro darbas / mokslinis vadovas dr. Gytis Baranauskas; Lietuvos
sveikatos mokslų universitetas, Medicinos fakultetas. Kaunas, 2016, 23 p.
Elgesys yra kontroliuojamas smegenų neuronų; todėl dažniausiai pokyčiai elgsenoje yra susiję su pakitusia neuronų tinklų veikla. Tai reiškia, kad smegenų ligų gydymas galėtų būti efektyvesnis, kai žinomi neuroniniai mechanizmai atsakingi už sutrikusią elgseną. Vienas sutrikusios elgsenos pavyzdys gali būti lėtinių smegenų ligų metu stebimi dėmesio, susijusio su rega, sutrikimai. Pavyzdžiui, Alzheimerio ligos pacientai lėčiau pastebi objektus, kurie gręsia susidūrimu. Tikėtina, kad tai susiję su sutrikusia viršutinių kalnelių veikla, kur tokie regos stimulai yra atpažįstami. Atpažinant tokio tipo regos stimulus smegenys turi greitai reaguoti į stimulo dydžio pasikeitimus, tad reikia suprasti, kaip įvyksta toks skirtingo dydžio stimulų atpažinimas. Todėl šio tyrimo tikslas: nustatyti žiurkės viršutinių kalnelių viršutinių sluoksnių neuronų atsakų savybes, kai keičiasi regos stimulo dydis ir kontrastas. Uždaviniai: įvertinti receptorinio lauko ploto priklausomybę nuo stimulo dydžio ir stimulo kontrasto; palyginti atsakų amplitudes skirtingo dydžio ir kontrasto stimulams. Metodai: į 6–ių uretanu anestezuotų žiurkių viršutinius kalnelius buvo įvedamas tetrodas. Regos stimulai buvo rodomi kompiuterio monitoriuje. Neuronų grupių ('multi–unit') atsakai buvo analizuojami stimulo pradžioje (ON) ir pasibaigus stimului (OFF atsakas). Rezultatai: stimului didėjant nuo 1.5 ° iki 15° ON receptorinis laukas padidėjo vidutiniškai 7.96+2.9 kartų (n=4; p<0.01), OFF –5.1+1.8 karto (n=4; p<0.01). Kontrastui padidėjus nuo 25–50% iki 100% ON RF plotas mažėjo 11+4.24 kartų (n=2, p<0.05); OFF atsakų RF plotas vidutiniškai mažėja 3.23+0.5 karto (p<0.05; n=2). ON amplitudės kintant stimului nuo 1.5° iki 15° vidutiniškai padidėjo 1.7+0.5 karto kiekvienai žiurkei (n=6; p<0.05), OFF amplitudės vidutiniškai padidėjo 1.4+0.76 (p>0.05; n=4). Kintant kontrastui amplitudės buvo per daug įvairios, neįžvelgtos didėjimo ar mažėjimo tendencijos. Išvados: Didėjant stimului receptorinio lauko plotas auga. ON ir OFF receptorinio lauko plotas mažėja, didėjant kontrastui, todėl tiek ON, tiek OFF atsakams stebimas receptorinis laukas yra mažiausias, kai stimulo kontrastas yra didžiausias. ON atsakų amplitudė nedaug didėjo, didėjant stimului, OFF atsakų amplitudžių pokyčiai nebuvo statistiškai reikšmingi. Aiškios multi–unit atsakų amplitudžių priklausomybės nuo kontrasto nebuvo stebėta. Gauti rezultatai rodo, kad augant stimulo dydžiui, vis daugiau viršutinių kalnelių neuronų reaguoja į stimulą. Tai turėtų palengvinti greitą susidūrimu gręsiančių, tai yra didėjančių regos stimulų atpažinimą. Todėl tikėtina, kad susidūrimu gręsiančių stimulų atpažinime dalyvauja didelė dalis viršutinių kalnelių neuroninio tinklo.
4 ABSTRACT
Emilija Daknevičiūtė, A study of neuronal network mechanisms in rats superior colliculus, master thesis / mokslinis vadovas dr. Gytis Baranauskas; Lithuanian University of Health Sciences, Faculty of Medicine. Kaunas, 2016, 23 p.
Our behavior is largely determined by neuronal activity; and most changes in behavior are associated with altered activity of neuronal networks. Therefore, treatment of many brain diseases could be more efficient if neuronal circuits underlying the disease–impaired behavior were known. An example of such an impaired behavior can be visual attention, compromised by a number of noninfectious brain diseases. For instance, Alzheimer's disease patients respond slower to collision imitating images. It is likely that such compromised visual attention is due to abnormal function of the superior colliculus, which detects collision–threatening images. For such image recognition neurons must quickly identify changes in the image size. Objective: to investigate the properties of neuronal responses to visual stimuli of different size and contrast in the superficial layers of the superior colliculus of rats. Aims: to evaluate the dependence of the receptive field area on the stimulus size and contrast and to compare the amplitudes of the responses to visual stimuli of different size and contrast. Methods: a 4–channel tetrode was inserted into the superficial layers of the superior colliculus in 6 sedated with urethane rats. The different size and contrast stimuli appeared on a computer monitor. Neuronal responses at the stimulus start (ON) and immediately after the stimulus end (OFF response) were used for analysis. Results: when stimulus size increased from 1.5° to 15° the receptive field area enlarged 7.96+2.9 times (n=4; p<0.01) for ON and 5.1+1.8 (n=4; p<0.01) for OFF response. For a stimulus contrast change from 25% to 50–100%, the receptive field area decreased 11+4.24 times (n=2, p<0.05) for ON and 3.23+0.5 times (p<0.05; n=2) for OFF responses. If stimulus size changed from 1.5° to 15° amplitudes grew 1.7+0.5 times (n=6; p<0.05) for ON and 1.4+0.76 times (p>0.05; n=4) for OFF responses. Amplitudes were too various, with no tendencies in amplitude shifts after contrast changes. Conclusion: Receptive field area increased for larger stimuli. ON and OFF receptive field area decreased when stimulus contrast increased, being minimal when contrast was maximal for both ON and OFF responses. The amplitude of ON responses slightly increased for larger stimulus, changes in OFF response amplitude were not statistically significant. No signifficant dependence of response amplitudes on the visual stimulus contrast was found for multi–unit signals. The obtained results demonstrate that many more neurons respond to increased visual stimulus in the superior colliculus. This phenomenon should facilitate a rapid recognition of collision–threatening stimuli that increase in size. These results suggest that a large fraction of neurons in the superior colliculus network participate in the collision–threatening stimuli recognition.
5
INTERESŲ KONFLIKTAS
Tyrimą iš dalies finansavo Europos socialinis fondas, projekto kodas Nr. VP1–3.1–ŠMM– 07–K–02–059.
ETIKOS KOMITETO LEIDIMAS
Visos procedūros atliktos laikantis Europos bendruomenės tarybos 1986 m. lapkričio 24 direktyvos dėl gyvūnų apsaugos naudojant moksliniams – eksperimentiniams tikslams (86/609/EEC) ir vadovaujantis Valstybinės maisto ir veterinarijos tarnybos direktoriaus 2012 m. spalio 31 d. įsakymu Nr. B1–866 „Dėl Mokslo ir mokymo tikslais naudojamų gyvūnų laikymo, priežiūros ir naudojimo reikalavimų patvirtinimo“ bei, gavus Lietuvos Respublikos Valstybinės maisto ir veterinarijos tarnybos atitinkamą leidimą (Nr. 0239, išduotas rugsėjo 12, 2012 metais).
SANTRUMPOS
RF – receptorinis laukas (iš anglų receptive field).
RGC – tinklainės ganglinė ląstelė (iš anglų retinal ganglion cell). SC – viršutiniai kalneliai (iš anglų superior colliculus).
SĄVOKOS
OFF atsakas – atsakas į stimulo išnykimą; ON atsakas – atsakas į stimulo pasirodymą;
Receptorinis laukas – tai sritis, kurią sudirginus gaunamas tiesioginis atsakas, arba moduliuojama kitų neuronų veikla.
6
ĮVADAS
Lietuvoje didėjant senyvo amžiaus žmonių, didėja ir lėtinių CNS ligų, kurios, ypač neurodegeneracinės, sutrikdo vieną iš svarbiausių viršutinių kalnelių funkcijų – reakciją į dėmesį kreipiančius stimulus. Tokios reakcijos pavyzdys yra susidūrimu gręsiančio stimulo pastebėjimas. Tai ypač svarbu senyvo amžiaus vairuotojams, nes yra parodyta, kad sergančių lėtinėmis ligomis žmonių reakcija į netikėtai pasirodžiusią kliūtį yra kelis kartus lėtesnė nei sveikų to paties amžiaus vairuotojų. Kadangi už tokius veiksmus didžia dalimi atsako viršutiniai kalneliai, tikėtina, kad tai susiję su jų sutrikusia funkcija tokių ligų metu. Nors viršutinių kalnelių dalis funkcijų yra gerai ištirtos, yra labai mažai informacijos apie mechanizmus, atsakingus už susidūrimu gręsiančių stimulų atpažinimą viršutiniuose kalneliuose, nėra net pakankamai tikslios tokių tyrimų metodikos. Tai trukdo ieškoti būdų, kaip gydyti tokius sutrikimus. Tai yra dalis fundamentalios mokslinės problemos: kaip regos sistemos neuronų tinklai greitai atpažįsta prasmingus stimulus, šiuo atveju artėjančius objektus, kurie gręsia susidūrimu, ir kaip tas atpažinimo procesas siejasi su elgsena. Būtent šių mechanizmų tyrimas ir yra šio darbo objektas.
Susidūrimu gręsiančių regos stimulų tyrimai daugiausiai vykdyti ne žinduoliuose. Vis dėlto, yra žinoma, kad būtent viršutiniai kalneliai atsako už tokių stimulų atpažinimą tiek paprastuose stuburiniuose gyvūnuose, tokiose kaip varlės (jose už tokią funkciją atsako optinis tektumas, viršutinių kalnelių analogas varliagyviuose), tiek žinduoliuose katėse. Funkcinio MRT tyrimai žmoguje parodė, kad ir pas mus tokių stimulų pasirodymo metu yra aktyvuojami viršutiniai kalneliai. Todėl tikėtina, kad ištyrę susidūrimui gręsiančių stimulų atpažinimo mechanizmus laboratoriniuose gyvūnuose, mes atskleisime dalį mechamizmų, kurie leidžia ir mums atpažinti tokius stimulus. Žinodami mechanizmus, mes ne tik pagilinsime teorines žinias apie regos stimulų atpažinimo mechanizmus gyvūnuose ir žmoguje, bet ir galėsime labiau kryptingai ieškoti būdų gydyti tokios funkcijos sutrikimus žmonėse. Kaip pirmas tokio tyrimo etapas, šiame projekte buvo nagrinėjami bendrieji elektrofiziologiniai viršutinių kalnelių neuronų veiklos principai, leidžiantys atpažinti artėjančius, susidūrimu gręsiančius stimulus. Kadangi tokie stimulai yra iš esmės tiesiog didėjantys regos lauke objektai, receptorinių laukų savybių žiurkių viršutiniuose kalneliuose tyrimui buvo panaudoti stacionarūs skirtingo dydžio ir kontrasto regos stimulai. Tyrimo tikslas: nustatyti žiurkės viršutinių kalnelių viršutinių sluoksnių neuronų atsakų savybes, kai keičiasi regos stimulo dydis ir kontrastas.
7
DARBO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI
Tikslas: nustatyti žiurkės viršutinių kalnelių viršutinių sluoksnių neuronų atsakų savybes, kai keičiasi regos stimulo dydis ir kontrastas.
Uždaviniai:
1. Įvertinti receptorinio lauko ploto priklausomybę nuo stimulo dydžio. 2. Įvertinti receptorinio lauko ploto priklausomybę nuo stimulo kontrasto.
3. Palyginti atsakų vidutines maksimalias amplitudes, esant skirtingo dydžio ir kontrasto stimulams.
LITERATŪROS APŽVALGA
Dėl didėjančio senyvo amžiaus žmonių skaičiaus Lietuvoje, auga ir sergamumas neinfekcinėmis, lėtinėmis centrinės nervų sistemos ligomis. Lietuvos statistikos departamento duomenimis 65 metų ir vyresnių žmonių skaičius padidėjo 18600 gyventojų (2004–2013m.) [1]. Atsižvelgiant į demografinį senėjimą, Europoje prognozuojamas vien demencijų atvejų augimas 40% iki 2050 metų [2]. Įskaitant demecijos sindromą, dalis lėtinių centrinės nervų sistemos susirgimų yra susiję su viršutinių kalnelių funkcija.
Viršutiniai kalneliai yra regos sistemos dalis, kuri stabilizuoja matomą vaizdą, padeda aptikti, atpažinti vizualinius stimulus ir gali padėti į juos reaguoti [3]. Nors Lietuvoje tirtas tik viršutinių kalnelių analogas optinis tektumas varlėse [4] ir neseniai išejo pirmas darbas apie viršutinių kalnelių funkciją žiurkėse iš šio darbo vadovo laboratorijos [5], užsienyje yra atlikta daug tyrimų apie šios smegenų srities funkciją.Yra žinoma, kad viršutinai kalneliai arba jų sensoriniai išėjimai iš akies retinos gali būti pažeisti lėtinių, neinfekcinių smegenų ligų metu [6, 7]. Pavyzdžiui, Parkinsono ligos metu yra stebimas ryšys tarp ligos klinikinio sunkumo stadijos ir tinklainės išplonėjimo, bei centrinės duobės storio [8]. Paveikiamos ir funkcinės savybės, glaukomos metu pažeidžiamos tinklainės ganglinės ląstelės (RGC), dėl sumažėjusio jų atsako, mažėja ir atsakas viršutiniuose kalneliuose (SC), sutrikdoma receptorinio lauko (RF) struktūra, atsiranda ON, OFF sričių neatitikimai [9]. Regos sistemoje receptorinis laukas yra apibrėžiamas kaip sritis, kurią sudirginus gaunamas tiesioginis atsakas registruojamame neurone, arba moduliuojama kitų neuronų veikla; pagal reakciją į stimulo pasirodymą ir išnykimą RF ribose, nustatomos ON ir OFF sritys [10; 11]. Neuronų atsakų pokyčiai SC tiriami ir hiperaktyvumo sindromo patogenezėje: pacientuose stebimi padidėję atsakai, o paskyrus D– amfetamino gydymą, SC atsakų amplitudės mažėja didėjant vaisto dozei [12].
8 Gali būti pakenkiamas ir gebėjimas reaguoti į stimulą, mat SC daugumoje gyvūnų, taip pat ir žmoguje, atsako už susidūrimų aptikimą [13,14]. Pavyzdžiui sergantys Alzheimeriu turi sunkumų laiku pastebėti gręsiantį susidūrimą net ir nesant regos pakenkimams [15; 16]. Taigi lėtinių ligų atveju galimi pažeidimai įvairiose regos sistemos lygiuose, todėl būtini išsamūs tyrimai šių sutrikimų prigimčiai nustatyti, svarbu įvertinti ne tik visos SC sistemos atsakus, bet ir patikrinti, ar nėra pokyčių atskiro neurono lygyje. Žemiau trumpai apžvelgtos SC neuronų atsakų į paprastus regos stimulus savybės, kartu aptariamos ir RGC savybes, nes iš šių neuronų gaunama informacija apie regos stimulus.
Apie 95 % žiurkės RGC skaidulų projektuojasi į SC [17]. Daugumos RGC paprastuosius receptorinius laukus galima suskirstyti į dvi pagrindines klases ON–centro ir OFF–centro [18]. Retinos ganglijos ON–centro ląstelės atsako, kai regos stimulas yra RF centre, slopina atsakus sukeltus regos stimulo RF pakraščiuose. Taip yra dėl to, kad ON–centro ląstelėse centrinė RF dalis yra aktyvuojanti, o ją supa slopinanti sritis. Tuo tarpu OFF–centro ląstelėse centrinė RF dalis yra slopinanti ir ją supa aktyvuojanti sritis. Reikia pažymėti, kad tokie atsakai yra stacionarūs. Tai yra, ON–centro ląstelės regos stimulas RF centre sukelia stabilų RGC aktyvumą visą laiką, kol stimulas randasi RF centre. Žinduoliuose yra randamos tarpinio tipo RG ląstelės, kurios atsako tik į regos stimulo atsiradimą (ON atsakai) arba išnykimą (OFF atsakai). Manoma, kad jie gaunami dėl dinaminių slopinančių ir aktyvuojančių sričių savybių. Pagrindiniai recipientai tinklainės aferentams yra neuronai SC paviršiniame sluoksnyje, kuris dar suskirstomas į viršutinę ir apatinę plokšteles, kartu galimas pasiskirstymas ir kolonėlėmis [19; 20]. Nors RG ląstelės, kaip buvo paaiškinta aukščiau, turi paprastus receptorinius laukus ir jų aksonai tiesiogiai kontaktuoja paviršiniame SC sluoksnyje esančius neuronus, šių SC neuronų savybės yra gerokai sudėtingesnės nei RGC ir nėra paaiškinama paprasta RGC projekcijų konvergencija.Tyrimai žievėje rodo, kad paprastiesiems RF būdingas aiškus susiskirstymas į aktyvuojančią ir slopinančią sritis, tarp kurių yra ryškus antagonizmas. Atsako dydis į stimulą, kuris patenka tiek į aktyvuojančią, tiek į slopinančią sritis,yra nuspėjamas pagal tų sričių sukeltų atsakų sumą [11]. Tai yra, jei regos stimulas padengia didesnę aktyvuojančios srities dalį, neliesdamas slopinančios srities, atsako dydis didėja. Jeigu regos stimulas padengia maždaug vienodai tiek aktyvuojančią sritį, tiek slopinančią, atsako amplitudė yra artima nuliui. Sudėtingo RF atveju tokia sumavimo taisyklė nebegalioja ir atsakai gali būti stebimi netgi tada, kai tiek slopinanti, tiek aktyvuojanti sritys yra padengtos regos stimulo. Didžioji dalis SC neuronų, >70%, yra būtent tokie [21].
Reikia pastebėti, kad SC neuronams gilesniuose sluoksniuose yra būdinga multimodalinė integracija, kai pavienius atsakus gali sukelti ir klausos ar somatosensoriniai dirgikliai [22, 23]. To paties modalumo – vizualiniai, stimulai integruojami, kiek kitaip ir keli stimulai, nesukelia žymiai didesnio atsako, nei optimaliausi atskirai ir dažniau vienas kitą susilpnina [24]. Kadangi šiame tyrime buvo analizuojami atsakai tik iš viršutinių sluoksnių neuronų, multimodalinė moduliacija nebus
9 plačiau aptarinėjama. Tai, kad SC neuronai gerokai transformuoja RGC projekcijų signalus rodo ir tas faktas, kad viršutiniuose kalneliuose ON, OFF atsakai persidengia 90.4 % neuronų [21], nors RG ląstelėms šitai visai nebūdinga. Atsakas SC moduliuojamas ir regos žievės neuronų; tai galima parodyti nuėmus V1 sluoksnį: tada ON–OFF atsakų persidengimas sumažėja ir padidėja jautrumas krypčiai [21]. To paties modalumo, tai yra vizualiniai, stimulai integruojami, kiek kitaip nei multimodaliniai. Pavyzdžiui, keli to paties modalumo stimulai kartu nesukelia žymiai didesnio atsako, nei tie patys optimalūs stimulai atskirai; dar daugiau, jie dažnai vienas kitą susilpnina [24]. SC būdingas selektyvumas įvairiems parametrams: orientacijai, krypčiai, stimulo dydžiui. Selektyvumas pastebimas jau tinklainėje, kur amakrininės ląstelės inhibuoja atsaką į kryptį neatitinkančius stimulus [25]. Tyrimuose su beždžionėmis krypčiai selektyvios ląstelės SC sudaro mažumą (iki 10%), kiek didesnis kiekis fiksuotas katėse [22, 26]. Kadangi šių ląstelių populiacija nedidelė, įtaka RF galėtų būti mažiau reikšminga. Analizuojant RF savybes, plotą, centrą ir supančios slopinančios srities stiprumą svarbus optimalaus stimulo dydžio parinkimas. Pagal klasikinių laukų savybes, dideli stimulai patenka į slopinančią sritį, taip sumažindami atsaką, tuo tarpu per maži stimulai nepakankamai išnaudoja sumaciją, kad atsakas būtų efektyvus [11]. Vis dėlto, lyginant ankstesnius tyrimus atsako stiprumo pasikeitimas į stimulo dydžio pokyčius yra kontraversiškas. Nemažai SC atliktų tyrimų rasta, kad RF turi aiškią slopinančią sritį, kaip ir klasikiniuose regos žievės neuronuose. Ryškūs atsakai stebimi 6– 10º stimulams, o prie didesnių stimulų atsakas susilpnėja [21;26]. Vis dėlto, optimaliausias stimulas nebūtinai yra atitinkantis RF plotą, didžioji dalis neuronų plačiais RF geriausiai atsako į <2º stimulą, taip pat jie geriau atsako į judantį lyginant su stacionariu stimulu [25,19]. Tokio tipo atsakų stebima daugiausia. Tačiau morfologiniai SC tyrimai rodo elektrofiziologinių savybių pasiskirstymą tarp skirtingų ląstelių, kur didesnis jautrumas mažam, judriam stimului būdingas plataus lauko ląstelėms, į mažesnį stimulą taip pat reaguoja ir siauro lauko, ir žvaigždinės ląstelės [19]. Klasikinius RF atitinka ir anksčiau beždžionėse registruotos pandirekcinės ląstelės, kurios turi panašius į RGC tik didesnius RF, reaguoja į mišrius ON–OFF signalus, tačiau registruota ir mažesnė – neturinti ryškaus inhibicinio regiono neuronų frakcija [26]. Šie neuronai galėtų atitikti horizontalias ląsteles, kurios reaguoja visame plote (50x80º), jautresnės dideliems stimulams, tiek stacionariems, tiek judriems [20]. Kai kurie autoriai teigia, kad ląstelės nėra ypatingai jautrios formai ar dydžiui, ar kontrastui, o reaguoja į naujo stimulo pasirodymą, atsakas mažėja esant kartotiniam stimului [27, 28].
Tiriant judraus stimulo didėjimą (artėjantį) stimulą, reikšmę įgauna ir stimulo kitimo greitis, tačiau atsaką moduliuoja V1 žievė, ir šios slopinančios savybės silpnėja anestezijos metu (izoflurano reikšmė didesnė nei uretano) [27; 29]. Uretanas reikšmingesnis neuronų aktyvavimo dažniui, nei sinapsiniams ryšiams [30]. Reikėtų atsižvelgti ir į tai, kad žiurkių RF lyginant su beždžionėmis didesni, ypač turintys kompleksines savybes, slopinančios ir centrinės sričių santykis mažesnis, taip pat randama ląstelių, kurios gali reaguoti ir į didžiausią išgaunamą stimulą (70º) [30]. Galima ir
10 aplinkos sąlygų įtaka dydžio selektyvumui: tamsoje augintų žiurkėnų neselektyvių dydžiui neuronų skaičius išauga, susilpnėja slopinimas, labiausiai paveikiami į mažą stimulą reaguojantys neuronai [31]. Priklausomybė dydžiui susijusi su kontrastu, esant didesniam kontrastui didesnis selektyvumas– jautrumas mažesniam dydžiui, mažėjant kontrastui optimaliausias stimulas didėja [32]. Vadinasi dideli RF gali būti fiksuojami ne tik esant kompleksiniams laukams, tam tikrai ląstelių morfologijai, didesni tam tikrai rūšiai, bet priklauso ir nuo žievės įtakos, aplinkos sąlygų, kitų vizualinių parametrų. RF dydžio selektyvumas ir faktorių įtaką SC, antagonistinės savybės išlieka diskutuotinos. Beveik visuose anksčiau minėtuose tyrimuose buvo laikoma, kad atsako mažėjimas, augant stimului rodo esamą slopinantį lauką, tačiau tiesiogiai tai nebuvo tikrinta, kaip ir netikrinta ar didėjantis stimulas sukelia didesnį atską, nes stimuliuojama didesnė aktyvuojančios RF srities dalis. Tyrimai žievėje rodo, kad regos stimulų sumavimas nėra paprasta aferentinių aksonų signalų sumacija, bet procese dalyvauja visa eilė interneuronų ir jų funkcija skiriasi [33, 34]. Dėl to šitame darbe mes pradėjome nuo pačių paprasčiausių eksperimentų, kuriose bandėme nustatyti ryšį, tarp aktyvuojančios RF srities ir atsako dydžio, kai stimulas dengia dalį ar visą tą aktyvuojančią sritį.
TYRIMO METODIKA
Atliktas kiekybinis tyrimas in vivo. Analizei buvo panaudoti rezultatai iš 6–ių žiurkių, kurių registracijos buvo kokybiškiausios. Eksperimentams žiurkės buvo anestezuojamos uretanu (1.25 – 1.5 g/kg injekcija į pilvą) ir fiksuojamos stereotaksiniame rėmelyje. Priešais dešinę akį buvo statomas kompiuterio monitorius (58x28 cm), kuris, kad padengtų kuo daugiau regos lauko, buvo pakreiptas įstrižai nuo vidurinės linijos į dešinįjį šoną ir šiek tiek palenktas į priekį. Taip buvo pasiekiamas stimulo lauko plotis >100º visomis kryptimis. Registruojantys elektrodai (gludinti tetrodai, Thomas Recording, Vokietija) buvo įvedami statmenai per nedidelę kaukolėje pragręžtą skylutę, kurios padėtis buvo nustatoma pagal žiurkės smegenų atlaso koordinates (Paxinos ir Watson, Elsevier, 2006): 0.5 – 1.1 mm į šoną nuo vidurinės linijos ir 1.5 – 2 mm į priekį nuo Liambda taško. Tipiškas registracijos gylis buvo 2700 – 3300 mikronų. Viršutinių kalnelių pradžia buvo nustatoma pagal specifinį spontaninį aktyvumą ir pagal aiškius atsakus į regos stimulus, tokius kaip ekrano patamsėjimą ir judančią dėmę ekrane. Stimulas sugeneruotas naudojant PsychoPy programos paketu, registracija Labview programa. Kiekvienai žiurkei buvo pateikiami bent dviejų skirtingų dydžių ar kontrastų stimulai, kurie buvo rodomi atsitiktiniu būdu skirtingose ekrano vietose. Buvo naudojami 1.5º, 3.75º, 7.5º ir 15º dydžio skritulio pavidalo šviesūs stimulai ant tamsaus fono. Daugumai stimulų buvo taikomas 7.5º tinklelis, padalijantis ekraną į 100 receptorinių laukų ir tik 15º stimulams buvo
11 naudojamas 15º tinklelis su 25 laukais. Kiekvieną kartą, kai buvo rodomas stimulas, buvo registruojama bent 0.5 s prieš stimulą, stimulas rodomas 0.5 – 1.0 s ir dar registruojama bent 1 s po stimulo pabaigos. Stimulai buvo pateikiami ne dažniau kaip kas 3 s mažų stimulų atveju (1.5º – 7.5º ) ir ne dažniau kaip kas 10 s didelių stimulų (15º) atveju, kad išvengti adaptacijos ir atsakų mažejimo. Atsakas į stimulą vertintas 0.25 s nuo stimulo pradžios (ON atsakas) ir 0.1–0.2 s po stimulo (OFF atsakas); paskaičiuotos vidutinės aktyvumo reikšmės palygintos su baziniu aktyvumu, pagal kurį nustatytas statistiškai reikšmingas atsakas. Bazinis aktyvumas buvo įvertintas nuo 0.05 iki 1.0 s prieš stimulo rodymą. Buvo tirti keli atsakų parametrai – statistiškai reikšmingo atsako plotas ir vidutinės maksimalios amplitudės skirtingam dydžiui ir kontrastui. Kontrastui vertinti pasirinktas 7.5 º dydžio stimulas. Buvo pasirinkti skirtingo kontrasto (25, 50 ir 100 %) stimulai, kur 100 % atitinka maksimalų kontrastą – baltą stimulą. Duomenų analizė atlikta naudojantis Igor Pro programa modifikuotomis funkcijomis, paveikslams ir duomenų pateikimui – SPSS paketu. Rezultatai pateikti vidutinėmis reikšmėmis su standartine paklaida, statistiniam reikšmingumui nustatyti naudotas porinis t–testas.
REZULTATAI
Kaip parodyta 1 paveiksle, kuriame yra pateiktas vienos eksperimentinės registracijų sekos pavyzdys, su kieviena žiurke buvo atliekama visa serija testų, kuriose buvo naudojami skirtingo dydžio stimulai. Kiekvieno testo metu regos stimulas buvo pateikiamas kompiuterio ekrane, esančiame apie 25 cm nuo kontralateralinės akies, tai yra priešingoje registracijos vietai pusėje (viršutinė paveikslėlio dalis). Regos stimulas, baltas skritulys and tamsiai pilko ekrano, buvo rodomas 0.5–1 0 s; po to sekė kelių sekundžių ramybės intervalas, siekiant atstatyti pradinę viršutinių kalnelių būseną, po kurio buvo rodomas tokio paties dydžio regos stimulas kitoje ekrano vietoje. Ekrano vieta buvo parenkama atsitiktinai, bet visos stimulo rodymo vietos sudarė kvadratinį 10 x 10 tinklelį (5 x 5 didžiausiems 15° stimulams). Tokiu būdu buvo randamas receptorinio lauko plotas, kuriame aiškiai matėsi atsakai į regos stimulo pasirodymą ar išnykimą; apatinėje 1 paveikslėlio dalyje šios registracijos sekcijos su atsakais yra išdėstytos pagal regos stimulo pasirodymo vietą ekrane.
Pirma, buvo nustatytas plotas, kuriame atsakų dydis buvos statistiškai reikšmingas, palyginus su baziniu aktyvumu. Buvo gautos tokios vidutinės reikšmės statistiškai reikšmingų atsakų plotams: 1.5º dydžio stimulų atsakai (n=6) buvo reikšmingi 670+95 laipsnių² plote, kai pasirinktas statistinio patikimumo lygis buvo p < 0.05 ir 256+163 laipsnių², kai šis lygis buvo pasirinktas kaip p < 0.01; 3.75º (n=5) stimulai reikšmingi 1033+247 laipsnių² plote, kai p < 0.05 ir 292+128 laipsnių² plote, kai p < 0.01; 7.5 º(n=4) stimulai reikšmingi – 2351+390 laipsnių² plote, kai p < 0.05 ir 381+ 137 laipsnių²
12 plote, kai p < 0.01; 15º (n=6) stimului atitinkamai 4004+1320 laipsnių² ir 1904+1066 laipsnių² plotuose. Stebimas didesnis plotas reaguojantis į didesnį stimulą: didėjant stimului 10 kartų (nuo 1.5º iki 15º) receptorinio lauko plotas didėja nuo vidutiniškai 3+1.85 % nuo bendro kompiuterio ekrano ploto iki maždaug 22+12.11 % (> 7 kartų), jei plotų skaičiavimui naudojamas statistinio patikimumo kriterijus p<0.01. Kiekvienai žiurkei atskirai ir įvertinti vidutiniai pokyčiai: stimului kintant nuo 1.5°– 15°, RF plotas padidėjo 12.5+4.25 karto, kai statistinio patikimumo lygmuo p<0.05 ir 9.5+3.24 karto, kai p< 0.01, pokyčiai statistiškai reikšmingi (p=0.04).
Kadangi atsakas į regos stimulą yra stipriausias pirmas 100 – 200 ms nuo stimulo pasirodymo, pastebėta, jog didesniam matuojamam intervalui ne visas aktyvumas buvo fiksuotas kaip reikšmingas. Todėl, kad patikslinti gautus duomenis, papildomai rezultatai buvo įvertinti susiaurinus atsako į regos stimulą matavimo intervalą nuo 0.25 s iki 0.1 s trukmės pačioje regos stimulo pradžioje, siekiant išvengti praradimo dėl vidutinės reikšmės skaičiavimo pilname stimulo rodymo intervale. Buvo perskaičiuotos 4 žiurkių registracijos. Gautos atitinkamos vidutinės reikšmės: 1.5º stimului (n=4) 786+176 laipsnių², kai p < 0.05 ir 315+102 laipsnių², kai p < 0.01; 3.75º stimului (n=3) 2033 +282 laipsnių², kai p < 0.05 ir 755+145 laipsnių², kai p < 0.01; 7.5 º (n=2) stimului – 4180 +498 laipsnių², kai p < 0.05 ir 1342 +338 laipsnių², kai p < 0.01; 15 º stimului (n=4) atitinkamai 4673+880 laipsnių² ir 3637+1020 laipsnių² ploto. Stimului didėjant 10 kartų, kai p<0.01, plotas padidėja >11 kartų (vidutiniškai nuo 3.5+1.15% ploto iki 41+11.6%). Receptorinio lauko priklausomybė nuo stimulo dydžio atvaizduota 2 paveiksle, kur pateiktos vidutinės reikšmės su vidurkio standartine paklaida. Kiekvienai žiurkei stimului kintant nuo 1.5°–15°, RF plotas padidėjo 7.96+2.9 karto, kai statistinio patikimumo lygmuo p<0.01 ir 7.56+2.2 karto, kai p<0.05, pokyčiai statistiškai reikšmingi (p<0.01). Svyravimai vienoje žiurkėje pavaizduoti 3 paveiksle.
Kaip matoma iš 3 paveikslo, kur naudojamas tos pačios registracijos pavyzdys, kad priklausomai nuo stimulo dydžio ne tik didėja receptorinio lauko plotas, bet jo plotas tampa nebe vientisas, ir aktyvumas gali būti stebimas stimuliuojant beveik visame ekrano plote. Tai neatitinka klasikinio RF savybių, didėjant stimulo dydžiui atsakas turėtų silpnėti dėl slopinančio lauko poveikio. Paveiksle atsakų reikšmės suskirstytos pagal statistinį patikimumo lygmenį, atitinkamai didėjant spalvos intensyvumui. OFF RF (4 pav. B, D dalys) užima didesnį plotą, ypač esant mažesniam stimului lyginant su ON RF. Skirtingai nuo ON atsakų, kurie buvo matuojami praėjus keliasdešimt milisekundžių nuo regos stimulo atsiradimo pradžios, OFF atsakai buvo matuojami jau po regos stimulo išnykimo, 0.1–0.2s nuo stimulo pabaigos. Tokiu būdu gautos atitinkamos OFF vidutinės reikšmingų atsakų regos lauko plotų reikšmės buvo: 1.5º stimului 997+234 laipsnių², kai p<0.05 ir 462+132 laipsnių², kai p<0.01; 3.75º stimului 2503+225 laipsnių², kai p<0.05 ir 1393+176 laipsnių², kai p<0.01; 7.5 ºstimului – 4686+436 laipsnių², kai p<0.05 ir 3784+328 laipsnių², kai p<0.01; 15 º laipsnių stimului atitinkamai 4732+1119 laipsnių² ir 3637+1070 laipsnių² ploto. Stimului didėjant 10
13 kartų, kai p<0.01, plotas padidėja >8 kartų (vidutiniškai nuo 5+1.5 % ploto iki 41+12.15%). Atsako ploto priklausomybė nuo stimulo dydžio pavaizduota 5 paveiksle. Kiekvienai žiurkei stimului kintant nuo 1.5°–15°, RF plotas padidėjo 5.1+1.8 karto, kai statistinio patikimumo lygmuo p<0.01 ir 10.55+4.26 karto, kai p< 0.05, pokyčiai statistiškai reikšmingi (p<0.01).
Lyginant atsakų amplitudes pastebimas ON atsakų amplitudžių didėjimas, kai atsako į OFF stimulą vidutinės amplitudės išlieka panašios nepriklausomai nuo stimulo dydžio (6–7 paveikslai), vidutinės OFF atsako amplitudės: 1.5º stimului 3.93 +1.13 uV2; 3.75º stimului 5.34+ 0.85 uV2; 7.5 º stimului – 5.19+ 1.03 uV2; 15 º laipsnių stimului atitinkamai 5.9+ 1.23 uV2. Vidutinės ON atsako amplitudės: 1.5º stimului 5.3 +1.65 uV2; 3.75º stimului 6.6+3.04 uV2; 7.5 º stimului – 10.03+3.74 uV2; 15 º stimului – 7.7 +2.3 uV2. ON amplitudės kintant stimului nuo 1.5° iki 15° vidutiniškai padidėjo 1.7+0.5 karto kiekvienai žiurkei (n=6; p=0.046), OFF amplitudės vidutiniškai padidėjo 1.4+0.76 (p>0.05; n=4).
ON ir OFF RF persidengiams siekė iki 87% ploto; vidutiniškai 36+3.9 % RF ploto, kai p<0.01. Daugiausia mišraus – ON–OFF aktyvumo buvo esant dideliems – 15º stimulams (vidutiniškai 46+3.9% ploto). Pagal aukščiau pateiktus rezultatus matoma, kad vyrauja OFF atsakas, kuris reaguoja didesniame RF plote.
Buvo nagrinėti atsakai į skirtingo kontrasto stimulą, šiam esant to paties (7.5º) dydžio. Gautos ON atsako vidutinės RF ploto reikšmės: kai stimulas 25% kontrasto (n=2) RF vidutinis plotas 4033 +379 laipsniai², kai p<0.05 ir 1540+321 laipsniai², kai p<0.01; kai stimulas 50% (n=1) kontrasto vidutinis RF plotas 2332+660 laipsniai², kai p<0.05 ir 660+396 laipsniai², kai p<0.01, kai intensyvumas maksimalus (100%) 2640+62 laipsniai², kai p <0.05 ir 242+185 laipsniai², kai p<0.01 (n=1). Didėjant kontrastui atsakas mažėjo (8 pav.). Paveiksle atvaizduotos vidutinės reikšmės su standartine vidurkio paklaida, kai p<0.01. Kontrastui padidėjus 2–4 kartus (nuo 25 % iki 50–100%) RF plotas sumažėjo 11+4.24 kartų (n=2, p=0,028).
OFF atsako vidutinės reikšmės: 25 % kontrasto stimului RF vidutinis plotas 3872 +765 laipsniai², kai p<0.05 ir 2097+607 laipsniai², kai p<0.01 (n=2); kai stimulas 50% kontrasto – 3784+1144 laipsniai², kai p<0.05 ir 2640+352 laipsniai², kai p<0.01 (n=1), kai 100% – 3696+299 laipsniai², kai p <0.05 ir 770+150 laipsniai², kai p<0.01 (n=1) (pav. 9). Kontrastui padidėjus nuo 25% iki 50–100% OFF atsakų RF plotas vidutiniškai mažėja 3.23+0.5 karto (p=0.04; n=2).
Buvo stebėtos atsakų maksimalios amplitudės, kurių vidutinės reikšmės atitinkamai: ON atsakui: 25% stimului 10.2+ 4.6 uV2, 50 % – 4.12+ 1.7 uV2, 100 % – 8.35+ 0.84 uV2. OFF atsakui 25% stimului 4.5 + 0.95 uV2, 50 % – 2.9+ 0.05 uV2, 100 % – 8+0.5 uV2. Prie 25% kontrasto atsakų amplitudė labai įvairi ir nėra jokios aiškios tendencijos didėjimui ar mažėjimui.
14
1 pav. Registracijos pavyzdys
2 pav. ON atsako RF ploto priklausomybė nuo stimulo dydžio, (n=6)
15
4 pav. Atsakai pagal reikšmingumą ir stimulo dydį: ON atsakai – esant 3.75º (A) ir 15º (C); OFF atsakai 3.75 º (B) ir 15 º (D) stimului
16
6 pav. ON atsako amplitudžių priklausomybė nuo stimulo dydžio, (n=6)
7 pav. OFF atsako amplitudžių priklausomybė nuo stimulo dydžio, (n=4)
17
9 pav. OFF atsako RF ploto priklausomybė nuo stimulo kontrasto, (n=4)
REZULTATŲ APTARIMAS
Gauti rezultatai rodo, kad tiek ON atsakams, tiek OFF atsakams didėjant, didėja regos lauko plotas, kuriame stimulas sukelia statistiškai patikimą atsaką viršutinių kalnelių neuronuose. Kadangi klasikinis receptorinio lauko apibrėžimas laiko, kad už receptorinio lauko ribų joks stimulas nesukelia atsako [11], tampa neaišku, ką laikyti receptoriniu lauku mūsų eksperimentuose. Jei mes laikysime receptoriniu lauku tą regos lauko dalį, kurioje maži, <3 ° stimulai sukelia atsakus, mūsų gauti rezultatai mažai skiriasi nuo ankstesnių tyrimų [21, 35, 36 ]. Pavyzdžiui, Humphrey [35] panaudodamas 0.5° dydžio stmulus rado, kad viršutiniuose sluoksniuose žiurkių viršutinių kalnelių neuronai turi mažus receptorinius laukus, kurių diametras svyruoja nuo 2° iki 15°, bet gilesniuose sluoksniuose dominuoja neuronai, turintys didelius receptorinius laukus, iki 90° diametro. Tai iš dalies patvirtina ir Fukuda ir Iwama duomenys [36], kurie randa, kad dideliems judantiems stimulams įvertintas receptorinio lauko diametras dažniausiai neviršija 10°, nors mažumos neuronų receptoriniai laukai gerokai didesni >40°. Yra sunkiau lyginti pelėse gautus duomenis [21], nes šitame tyrime lauko dydis buvo įvertinas pagal Gauso funkcijos įvertį, kuris turbūt kelis kart sumažina tipišką diametrą. Tada šiame darbe gauti įverčiai, <10°, gerai sutampa su duomenimis žiurkės viršutiniuose kalneliuose, kur tipiškos reikšmės yra ~10°. Tuo tarpu mūsų duomenimis net mažiems, 1.5° stimulams vidutinis receptorinio lauko diametras yra 16° –18° ON atsakams (kai vertinama pagal p<0.01 atitinkami
18 plotai 256– 315) ir apie 22° OFF atsakams. Turint omenyje, kad mes į receptorinio lauko sąvoką įtraukėme ir labai mažus atsakus, mūsų duomenis mažiems stimulams iš dalies sutampa su ankstesniais darbais.
Jei laikytume, kad neuronų atsakai į didelius stimulus nustato receptorinių laukų ribas, mūsų gauti rezultatai gerokai skiriasi nuo ankstesnių darbų. Pavyzdžiui, patiems didžiausiems naudotiems 15° diametro stimulams, ON atsakai buvo stebimi beveik viso kompiuterio monitoriaus plote, tai >60° diametro plote. Nors tokie dideli receptoriniai laukai buvo randami anksčiau, jie buvo randami arba gilesniuose viršutinių kalnelių sluoksniuose [35, 37], arba mažoje neuronų dalyje [36]. Svarbiausia, kad mūsų duomenys rodo tariamą RF lauko padidėjimą, kas prieštarauja klasikinio RF apibrėžimui. Kaip minėta literatūros apžvalgoje RF plotis priklauso nuo ląstelių morfologijos [19], rūšies [29], žievės įtakos [21], aplinkos sąlygų [30], kitų vizualinių parametrų įtakos [21, 25, 26]. Tačiau apžvelgtuose tyrimuose dažniausiai tiesiogiai netikrinta ar stimulo dydžio didėjimas stimuliavo didesnę aktyvuojančią RF sritį ar pateko į slopinančią, viena iš tokių išimčių yra Tiao and Blakemore [38] straipsnis. Nors gauti rezultatai, atrodytų, tvirtina, kad SC RF savybės neatitinka paprastos sumacijos ir priklausomai nuo dydžio atsakas gali būti sužadintas beveik visame plote, vis dėlto reiktų šį pastebėjimą paanalizuoti giliau. Viena iš galimų tariamo RF padidėjimo didėjant stimului priežasčių gali būti tai, kad didesnis stimulus gali iš dalies uždengti RF ir atrodys, kad atsakai sukeliami iš didesnio regos ploto. Šitas paaiškinimas tiktų lyginant 7.5° ir 15° stimulų sukeltus atsakus, nes 15° stimulas galėjo uždengti šalimai esančius testavimo gardelės taškus, nutolusius 7.5° kampu. Tačiau visi kiti stimulai negalėjo uždengti artimiausių testavimo gardelės taškų ir šitas paaiškinimas negali būti taikomas aiškiam RF ploto padidėjimui augant stimulo dydžiui nuo 3.75° iki 7.5° , kai ON atsakų RF vidutinis plotis padidėjo nuo 27° iki 37°, tai yra 10° arba 37 %. Čia galimas kitas paaiškinimas. Pagal dabartinį receptorinių laukų supratimą, atsakų dydis RF viduje yra pasiskirstęs pagal Gauso funkciją, tai yra smarkiai mažėja artėjant prie RF kraštų [25]. Tikėtina, kad dideliems stimulams maži atsakai RF kraštuose sumuojasi ir tampa pastebimi. Stimulo diametro padidėjimas du kartus padidina keturis kartus stimuliuojamą plotą, tad yra tikimybė, kad ir atsako dydis RF kraštuose išauga tiek kartų. Šiai hipotezei patikrinti, reikėtų atlikti papildomus eksperimentus.
Dar vienas mūsų rezultatų aspektas yra atsako dydžio keitimasis, kai stimulo dydis auga. Dauguma ankstesnių tyrimų rodo didesnį jautrumą mažam stimului ir stiprų slopinančios srities poveikį [21, 39]. Pavyzdžiui Razak ir kiti [39] suskirstė neuronus į prisitaikiusius reaguoti į skirtingo dydžio stimulus ir neselektyvius dydžiui, kur dauguma (>60%) sudarė jautrūs mažiems (2.5° ) stimulams, atrankos kriterijumi buvo amplitudžių mažėjimas 50 %. Šiame tyrime pastebėtas mažėjimas, didėjant stimului nuo 7.5 iki 15° (amplitudėms nuo 10.03 uV2 iki 7.7 uV2 ) pokytis nepakanakmai ryškus (23%). Nors Wang su bendraautoriais [21] fiksuodami atsako dažnį stebėjo didžiausią jautrumą 6–10° stimulams tiek ON tiek OFF atsakams, kas būtų panašu į šiame tyrime
19 gautą jautrumą 7.5° stimului, verta pastebėti, kad šiame tyrime matuoti ne atskirų neuronų (single unit), o kelių neuronų (multi unit) atsakai. Negalima tiesiogiai lyginti mūsų rezultatų su anksčiau minėtais darbais.
Žievėje tyrimai rodo galimą supresinio lauko silpnėjimą esant žemesnio kontrasto stimulams, didesnį RF [40, 41]. Kontrasto pokyčiai daugiau vertinti tyrimuose su atliekamomis užduotimis. Long ir bendraautoriai [42] pastebėjo, kad rezultatai geresni naudojant ne patį didžiausią kontrastą, o antrą didesnį, vienkartinį stimulą lyginant su stimulų serija. Mūsų gautame rezultate ON atsakas mažėja, didėjant kontrastui, galbūt galima paaiškinti jautrumo mažėjimu esant stimulų serijai. OFF atsakų RF plotas sumažėjo ties 100 % kontrastu, kas atitiktų minėtą stipresnį atsaką submaksimaliam stimului. Vertinant atsakų amplitudes gauti didesni atsakai esant 25 % kontrastui, mažėjantys 50 % kontrastui, ON atsakų didžiausios amplitudes fiksuotos 25 % kontrastui, OFF 100 %. kontrastui. Galbūt galima tikėtis didesnių ON amplitudžių pokyčių mažesniam kontrastui. Literatūroje fiksuojamas minimalus kontrastas sukeliantis atsaką siekia iki 1 %. [43]. Li ir kiti [ 44], tirdami SC gavo tik nedidelį aktyvumą 2 % intensyvumui, didėjantį iki 100 %. Nors šiame tyrime gauti rezultatai nesutampa su ankstesniais tyrimais, kadangi analizuotos vidutinės maksimalios amplitudės negalima tiesiogiai palyginti su tyrimais, kuriuose vertintas atyvumo dažnis.
Mūsų rezultatai rodo, kad negalima laikyti, jog nauojant mažus stimulus nustatytas RF pilnai aprašo atsakų į regos stimulus savybes viršutinių kalnelių neuronuose. Sumavimas erdvėje yra labai svarbus atpažįstant sudėtingus stimulus, tame tarpe ir gręsiančius susidūrimų stimulus. Todėl šiame tyrime gauti rezultatai turėtų padėti geriau suprasti, kaip atsakai į tokius sudėtingus stimulus yra sukuriami. Mūsų rezultatai rodo, kad dideliems stimulams RF plotas yra gerokai padidėjęs. Tai reiškia, kad į vieną stimulą atsako neuronai iš didesnio viršutinių kalnelių ploto, nes viršutiniai kalneliai yra organizuoti retinotopiniu būdu, tai yra regos laukas yra projektuojamas į viršutinių kalnelių paviršių ir didesnis regos lauko plotas atitinka didesnę viršutinių kalnelių dalį. Kadangi į didesnį stimulą atsako didesnis neuronų skaičius, tokie stimulai turėtų būti patikimiau ir greičiau atpažįstami, nes jie greičiau išsiskirs iš triukšmo. Tokiu būdu galėtų veikti didėjančių stimulų atpažinimo mechanizmas, kai smarkiai padidėjęs reaguojančių neuronų skaičius rodytų artėjantį susidūrimu gręsiantį objektą.
IŠVADOS
Tirtas atsakas į dėmesį kreipiantį stimulą viršutiniuose kalneliuose, registracija vykdyta ekstraląsteliniu būdu 6 žiurkėse. Remiantis statistiniu patikimumu, kai p<0.05 gautas apibendrintos išvados:
20 1. Didėjant stimului receptorinio lauko plotas auga.
2. tiek ON, tiek OFF atsakams buvo aiški tendencija RF plotui mažėti, augant kontrastui ir RF plotas buvo mažiausias, kai kontrastas buvo didžiausias/maksimalus.
3. ON atsakų amplitudė nedaug didėjo, didėjant stimului, OFF atsakų amplitudžių pokyčiai nebuvo statistiškai reikšmingi. Aiškios multi–unit atsakų amplitudžių priklausomybės nuo stimulo kontrasto nebuvo stebėta.
4. Gauti rezultatai rodo, kad augant stimulo dydžiui, vis daugiau viršutinių kalnelių neuronų reaguoja į stimulą. Tai turėtų palengvinti greitą susidūrimu gręsiančių, tai yra didėjančių regos stimulų atpažinimą. Todėl tikėtina, kad susidūrimu gręsiančių stimulų atpažinime dalyvauja didelė dalis viršutinių kalnelių neuroninio tinklo.
LITERATŪROS SĄRAŠAS
1. D. Ambrozaitienė, I. Masiulaitytė–Šukevič, L. Kasparavičienė, S. Litvinavičienė, D.
Svidlerienė, A. Ablingienė et al. Elderly people in Lithuania. Lietuvos statistikos departamentas. 2014:1–98;
2. B. Duthey. Background paper, 6.11 Alzheimer disease and other dementias.A public health approach to innovation. 2013:1–74;
3. B. Wolf, M. J. Lintz, J. D. Costabile, J. A. Thompson, E. A. Stubblefield, G. Felsen. An integrative role for the superior colliculus in selecting targets and movements. J Neurophysiol. 2015; 114(4):2118–31;
4. A. Baginskas, V. Kuraitė, A. Kuras. Phasic nicotinic potentiation of frog retinotectal
transmission facilitates eliciting of higher activity level of the tectum column. Neuroscience lett.. 2013;554:1–5;
5. G. Baranauskas, G. Svirskis, T. Tkatch. Spatial synchronization of visual stimulus–evoked gamma frequency oscillations in the rat superior colliculus. Neuroreport. 2016;27(3):203–8; 6. Nucci, A. Martucci, M. Cesareo, F. Garaci, L. A. Morrone, R. Russo, M. T. Corasaniti, G. Baqetta, R. Mancino. Links among glaucoma, neurodegenerative, and vascular diseases of the central nervous system. Prog. Brain. Res. 2015; 221:49–65;
7. B. Carr, B. R. Ott. The older adult driver with cognitive impairment: "it's a very frustrating life". JAMA. 2010; 303(16):1632–1641;
8. O. Altintas, P. Iseri, B. Ozkan,Y. Caglar. Correlation between retinal morphological and functional findings and clinical severity in Parkinson’s disease. Doc Ophthalmol. 2008; 116:137–
21 146;
9. H. Chen, Y. Zhao, M. Liu, Z. Puyang, J. Yi, L. Feng et al. Progressive degeneration of retinal and superior collicular functions in mice with sustained ocular hypertension. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2015; 56(3):1971–1984;
10. J. Cavanaugh, W. M. Joiner, R. H. Wurtz. Suppressive surrounds of receptive fields in monkey frontal eye field. The Journal of Neuroscience. 2012; 32(35):12284–12293;
11. H. Hubel, T. N. Wiesel. Receptive fields, binocular interaction and functional architecture in the cat's visual cortex. J Physiol. 1962; 160(1): 106–154;
12. K. M. Clements, I. M. Devonshire, J. N. J. Reynolds, P. G. Overton. Enhanced visual responses in the superior colliculus in an animal model of attention–deficit hyperactivity disorder and their suppression by D–amphetamine. Neuroscience. 2014; 274: 289–298;
13. G. Laurent, F. Gabbiani. Collision–avoidance: nature’s many solutions. Nature Neuroscience. 1998; 1(4): 261 – 263;
14. J.Billington, R. M. Wilkie, D.Field, J. P. Wann. Neural processing of imminent collision in humans. Proceedings of the Royal Society B–Biological Sciences. 2011; 278 (1711): 1476–1481; 15. D. B. Carr, B. R. The older adult driver with cognitive impairment: "it's a very frustrating life". JAMA. 2010; 303(16):1632–1641;
16. C. Fritelli, D. Borghetti, G. Iudice, E. Bonnani, M. Maestri, G. Tognoni, L. Pasquali, A. Iudice. Effects of Alzheimer's disease and mild cognitive impairment on driving ability: a controlled clinical study by simulated driving test. Int. J. Geriatr. Psychiatry. 2009; 24:232–238;
17. J. Forrester, A. Peters. Nerve fibers in the optic nerve of rat. Nature.1967; 214:245–247; 18. V. Balasubramanian, P. Sterling. Receptive fields and functional architecture in the retina. J Physiol. 2009; 587(12):2753–67;
19. D. A. Huberman, M. Manu, S. M. Koch, M. W. Susman, A. B. Lutz, E. M. Ullian et al.
Architecture and activity–mediated refinement of axonal projections from a mosaic of genetically identified retinal ganglion cells. Neuron. 2008; 59:425–438;
20. D. Gale, G. J. Murphy. Distinct representation and distribution of visual information by specific cell types in mouse superficial superior colliculus. The Journal of Neuroscience. 2014;
34(40):13458 –13471;
21. L. Wang, R. Sarnaik, K. Rangarajan, X. Liu, J. Cang. Visual receptive field properties of neurons in the superficial superior colliculus of the mouse. J Neurosci. 2010; 30(49): 16573– 16584;
22. M. Cynader, N. Berman. Receptive field organization of monkey superior colliculus. J. Neurophysiol. 1971; 35: 187–201;
22 integration. Nature neuroscience. 2011; 14 (6):775–796;
24. J. C. Alvarado, J. W. Vaughan, T. R. Stanford, B. E. Stein. Multisensory versus unisensory integration: contrasting modes in the superior colliculus. J Neurophysiol. 2007;97: 3193–3205; 25. Wei Wei, Marla B. Feller. Organization and development of direction selective circuits in the retina. Trends Neurosci. 2011; 34(12): 638–645;
26. Michael E. Goldberg, Robert H. Wurtz. Activity of superior colliculus in behaving monkey. I. Visual receptive fields of single neurons. Journal of Neurophysiology. 1972; 35:542–559;
27. A. Vaiceliunaite, S. Eriksen, F. Franzen, S. Katzner, L. Bussex. Spatial integration in mouse primary visual cortex. J Neurophysiol. 2013; 110(4): 964–972;
28. S. V. Girman, R. D. Lund. Most superficial sublamina of rat superior colliculus: neuronal response properties and correlates with perceptual figure–ground segregation. J Neurophysiol. 2007; 98: 161–177;
29. X. Zhao, M. Liu, J. Cang.Visual cortex modulates the magnitude but not the selectivity of looming–evoked responses in the superior colliculus of awake mice. Neuron 2014; 84: 202–213; 30. M. P. Sceniak, M. B. M. Iver. Cellular actions of Urethane on rat visual cortical neurons in vitro. Journal of Neurophysiology. 2006; 95(6): 3865–3874;
31. K. A. Razak, S. L. Pallas. Dark rearing reveals the mechanism underlying stimulus size tuning of superior colliculus neurons. Visual Neuroscience. 2006; 23, 741–748;
32. V. Bonin, V. Mante, M. Carandini. The suppressive field of neurons in lateral geniculate nucleus. The Journal of Neuroscience. 2005; 25(47):10844–10856;
33. H. Nienborg, A. Hasenstaub, I. Nauhaus, H. Taniguchi, Z.J. Huang, E. M. Callaway. Contrast dependence and differential contributions from somatostatin– and parvalbumin–expressing neurons to spatial integration in mouse V1. J. Neurosci. 2013; 33(27):11145–54;
34. H. Adesnik, W. Bruns, H. Taniguchi, Z. J. Huang, M. Scanziani. A neural circuit for spatial summation in visual cortex. Nature. 2012; 490:226–231;
35. N. K. Humphrey. Responses to visual stimuli of units in the superior colliculus of rats and monkeys. Experimental neurology 1968; 20(3):312–340;
36. Y. Fukuda, K. Iwama. Visual receptive–field properties of single cells in the rat superior colliculus. Jpn. J. Physiol. 1978; 28(3):385–400;
37. D. Ghose, A. Maier, A. Nidiffer, M. T. Wallace. Multisensory response modulation in the superficial layers of the superior colliculus. J Neurosci. 2014; 34(12): 4332–4344;
38. Y. C. Tiao, C. Blakemore. Regional specialization in the golden hamster's retina. J. Comp. Neurol. 1976; 168 (4): 439–457;
39. K. A. Razak, L. Huang, S. L. Pallas. NMDA receptor blockade in the superior colliculus increases receptive field size without altering velocity and size tuning. Journal of Neurophysiology. 2003;
23 90( 1):110–119;
40. K. Chen, X. M. Song, C. Y. Li. Contrast–dependent variations in the excitatory classical receptive field and suppressive nonclassical receptive field of cat primary visual cortex. Cerebral cortex. 2013; 23 (2): 283–292;
41. S. Shushruth, J. M. Ichida, J. B. Levitt, A. Angelucci. Comparison of Spatial Summation Properties of Neurons in Macaque V1 and V2. J Neurophysiol. 2009; 102(4): 2069–2083;
42. M. Long, W. Jiang, D. Liu, H. Yao. Contrast–dependent orientation discrimination in the mouse. Scientific Reports. 2015; 5: 15830;
43. B. Alphen, B. H. J. Winkelman, M. A. Frens. Age– and Sex–Related Differences in Contrast Sensitivity in C57Bl/6 Mice. Visual Psychophysics and Physiological Optics. 2009; 50 (5): 2451– 2458;
44. X. Li, M. A. Basso. Preparing to move increases the sensitivity of superior colliculus neurons. The Journal of Neuroscience, 2008; 28(17): 4561–4577.
