망막파

Retinal waves

망막파는 발달하는 망막을 가로질러 파도와 같은 방식으로 전파되는 활동 전위의 자발적인 폭발이다.이러한 파동은 로드와 원뿔이 성숙하기 전에 그리고 시력이 발생하기 전에 발생합니다.망막파로부터의 신호는 등측측측정핵(dLGN)과 1차 시각피질의 활동을 촉진합니다.파동은 초기 탈분극에 따른 굴절 기간에 의해 결정되는 무작위 방향으로 인접 세포 사이를 전파하는 것으로 생각됩니다.망막파는 회로와 망막 세포 사이의 시냅스의 초기 연결성을 정의하는 성질을 가지고 있는 것으로 생각된다.망막파의 정확한 역할에 대해서는 여전히 많은 논쟁이 있습니다; 어떤 사람들은 망막파가 망막 발생 경로의 형성에 있어 지시적인 것이라고 주장하는 반면, 다른 사람들은 활동이 필요하지만 망막 발생 경로의 형성에 있어서 지시적이지 않다고 주장합니다.

검출

망막이 발달하는 동안 자발적인 전기 활동의 존재를 이론화한 최초의 과학자는 컴퓨터 신경생물학자 데이비드 윌쇼였다.그는 인접한 세포들이 서로 연결된 시냅스 전 및 시냅스 후 세포 층을 통해 파동 같은 형태로 전기 활동을 발생시킬 것을 제안했다.시냅스 전 세포와 시냅스 후 세포의 가까운 범위를 통해 전파되는 활동은 더 멀리 떨어져 있는 시냅스 전 세포와 더 약한 활동을 야기하는 시냅스 후 세포에 비해 강한 전기적 활동을 야기하는 것으로 생각된다.윌쇼는 발사 강도와 세포 위치에서의 차이가 활동의 경계를 결정하는 데 원인이 있다고 생각했습니다.인접한 세포에서 인접한 세포로 발사되는 가로 방향 이동은 시냅스 전 층과 시냅스 후 층을 통해 이동하며 망막 지도의 형성에 책임이 있는 것으로 생각된다.전기 활동의 캐스케이드를 시뮬레이션하기 위해 윌쇼는 시냅스 전 및 후 셀 층 사이의 전기 활동의 움직임을 보여주는 컴퓨터 프로그램을 작성했습니다.윌쇼가 말하는 자발적인 패턴의 전기 활동은 오늘날 망막파라고 [1]불립니다.

이 순수 이론적인 개념에서, 이탈리아 과학자 루시아 갈리와 람베르토 마페이는 망막의 신경절 세포에서 전기 활동을 관찰하기 위해 동물 모형을 이용했다.갈리와 마페이 이전에는 태아 발달 동안 망막 신경절 세포 활동이 기록된 적이 없었다.신경절 활동을 연구하기 위해, 갈리와 마페이 박사는 전기 활동을 기록하기 위해 배아 17일에서 21일 사이에 미숙 쥐 망막을 사용했습니다.이 연구에는 여러 개의 분리된 단일 세포가 사용되었습니다.기록에는 세포활동이 신경절 세포에서 촉매작용을 하는 것으로 나타났다.갈리와 마페이는 망막 신경절 세포에서 볼 수 있는 전기적 활동이 망막 시냅스 연결의 형성과 망막 신경절 세포가 상위 콜로큘러스와 [2]LGN에 투영되는 것에 책임이 있을 것이라고 추측했다.

망막파의 개념이 확립되자 신경생물학자 칼라 샤츠는 칼슘 이미징과 미세전극 기록을 사용하여 파동 같은 형태로 활동 전위의 움직임을 시각화했습니다.칼슘 이미징 및 미세 전극 기록에 대한 자세한 내용은 아래 섹션을 참조하십시오.칼슘 이미징은 신경절 세포가 전기 활동의 움직임에 관여하는 인접한 아마크린 세포와 함께 망막 파형의 형성을 시작하는 것을 보여주었다.미세전극 기록은 또한 인접한 망막 신경절 세포들 사이의 전기 활동의 파동 같은 형성에 의해 LGN 뉴런이 움직이는 것을 보여주는 것으로 생각되었다.이러한 결과로부터 전기 활동의 파동이 시공간 활동의 패턴을 주도하고 태아 발달 [3]중 시각 시스템의 형성에 역할을 한다는 것이 제시되었다.

Rachel Wong은 망막파 연구에 관여하는 또 다른 연구원이다.Wong은 망막 내의 전기 활동이 태아 발달 중 망막 투영의 구성에 관여한다고 추측했다.보다 구체적으로 말하면, 전기 활동은 dLGN의 분리 및 구성을 담당할 수 있습니다.Wong은 또한 안구 우위 기둥과 같은 시각 시스템의 특정 부분이 완전히 발달하기 위해 어떤 형태의 전기 활동을 필요로 한다고 추측했다.그녀는 또한 망막파가 암호화하는 신호를 알아내는 것이 과학자들이 망막파가 어떻게 망막 [4]발달에 영향을 미치는지 더 잘 이해할 수 있게 해줄 것이라고 믿었다.

가장 최근에 행해지고 있는 연구 중 일부는 개발 중에 망막파의 부호화된 신호를 더 잘 이해하려고 시도하고 있다.에블린 세나고르의 연구에 따르면 망막파는 단순히 자발적인 전기 활동에 필요한 것이 아니라 망막 경로를 보다 정교하게 만들 수 있는 시공간 패턴의 형성에 사용되는 정보를 부호화하는 역할을 하는 것으로 생각된다.이 개념을 테스트하기 위해 거북이를 이용하면서, Sernagor는 망막 발달의 다양한 단계 동안 망막 파장의 변화를 보기 위해 칼슘 이미지를 이용했다.이 연구에서, 발달의 가장 첫 단계에서, 망막 파동은 빠르고 반복적으로 발생하며, 망막을 가로지르는 활동 전위의 큰 파동이라고 생각되는 것을 유발한다.그러나 거북이가 발육이 거의 완료됨에 따라 망막파가 점차 확산되지 않고 대신 움직이지 않는 망막신경절 세포 덩어리가 된다.이것은 지속적인 망막 발달 동안 GABA가 흥분성에서 억제성으로 변화한 결과로 생각됩니다.발달하는 동안 망막파 형성의 변화가 거북이에게 고유한지는 아직 거의 [5]알려지지 않았다.

다른 시스템의 파동 관측

파동의 자발적인 발생과 전파는 현상 회로의 다른 곳에서 볼 수 있습니다.발달 초기에 유사한 동시 자발적 활동이 해마,[6] 척수 및 청각핵의 뉴런에서 발견되었습니다.신경계 [4]기능에 필수적인 정확한 연결을 만드는 시냅스 전 세포와 시냅스 후 세포 사이의 상호작용을 이해하는데 있어 신경계 연결을 형성하는 패턴화된 활동과 망막을 포함한 여러 시스템에서 시냅스 효율의 제어가 중요하다.

발전

발달하는 동안, 시냅스를 통한 통신은 아마크린 세포와 망막 [4]파동의 기질 역할을 하는 다른 망막 인터뉴론 및 신경절 세포 사이에서 중요하다.포유류에서 망막파의 활동을 특징짓는 세 가지 발달 단계가 있다.출생 전 파동은 비시냅스 전류에 의해 매개되고, 출생 후 10일까지의 파동은 니코틴성 아세틸콜린 수용체에 작용하는 신경전달물질 아세틸콜린에 의해 매개되며, 출생 후 10일부터 2주 후 제3기 파동은 이온성 글루탐산 [7]수용체에 의해 매개된다.

콜린파 기간 동안의 화학적 시냅스는 스타버스트 아마크린 세포(SAC)가 아세틸콜린을 다른 SAC로 방출하여 파장을 전파하는 것을 포함한다.이 기간 동안 콜린파 생성은 갭 접합에 의한 파형 생성보다 많아 신호가 상당히 감소한다.이 시그널링은 양극성 셀이 내부 플렉스폼층에서 접속을 형성하기 전에 발생합니다.SAC는 시냅스 [7]들뜸 없이 자발적인 탈분극이 관찰되었기 때문에 망막파의 근원으로 여겨진다.

콜린파 활동은 결국 사멸되고 양극성 세포에서 글루탐산염의 방출은 [7]파장을 일으킨다.양극성 세포는 아마크린 세포나 신경절 세포보다 늦게 분화되는데, 이것이 파동 [4]동작의 이 전환의 원인일 수 있습니다.콜린 작동성 중재에서 글루탐산성 중재로의 변화는 양극성 세포가 신경절 [7]세포와 처음으로 시냅스 결합을 할 때 일어난다.양극성 세포에 포함된 신경전달물질인 글루탐산염은 신경절 세포에서 자발적인 활동을 일으킨다.양극성 세포가 아마크린과 신경절 [4]세포와 시냅스 연결을 만든 후에도 파동은 여전히 존재한다.

망막파와 관련된 추가적인 활동은 다음을 포함한다.특정 종에서 GABA는 신경절 세포의 폭발 빈도와 지속 시간에 역할을 하는 것으로 보인다.세포의 상호작용은 다른 시험 대상과 다른 성숙도 수준에서, 특히 아마크린 세포에 의해 매개되는 복잡한 상호작용에서 다양하다.갭 접합을 통해 전파되는 활동은 모든 테스트 피험자에서 관찰되지 않았습니다. 예를 들어, 페럿 망막 신경절 세포는 결합되지 않았습니다.다른 연구들은 칼륨과 같은 세포외 흥분제가 파동 전파에 중요한 역할을 할 수 있다는 것을 보여주었다.연구는 아마크린 세포와 신경절 세포의 시냅스 네트워크가 파동을 생성하는데 필요하다는 것을 시사한다.넓게 말하면, 망막과 시냅스의 새로운 세포 성분이 첨가되는 비교적 긴 발달 기간에 걸쳐 파동이 생성되고 계속된다.망막파 메커니즘의 변화는 세포 간 연결의 다양성과 [4]망막 내 과정의 성숙을 설명한다.

파도의 활동 패턴

파동은 무작위로 발생하지만 활동전위가 발생한 후 세포 내 내화기 때문에 공간적으로 제한된다.파동이 한 곳에서 전파된 후에는 같은 장소에서 전파될 수 없습니다.파동 유도 내화 영역은 약 40초에서 60초 동안 지속됩니다.연구에 따르면 망막의 모든 부위가 파동을 발생시키고 전파할 확률은 동일하다.또한 내화기간은 속도(단위시간당 파동전선 사이의 거리)와 주기성(신경절 세포층의 특정 뉴런에 기록된 파동유도칼슘 과도현상 또는 탈분극 사이의 평균 시간 간격)을 결정한다.내화세포의 밀도는 망막파가 얼마나 빨리 전파되는지에 대응합니다. 예를 들어, 내화세포의 수나 밀도가 낮으면, 전파 속도는 [8]높을 것입니다.

실험 절차

파도의 가시화

망막파를 시각화하는 두 가지 주요 방법은 칼슘 이미징과 다극 어레이를 사용하는 것입니다.칼슘 이미징을 사용하면 망막의 넓은 영역에 걸친 파동 패턴을 분석할 수 있습니다(다극 기록보다 더 높음).영상촬영을 통해 연구자들은 시공간 특성이나 파동뿐만 아니라 파동 메커니즘과 발달 기능을 조사할 수 있게 되었다.

파도를 교란하다

망막파를 교란하기 위해 현재 사용되는 세 가지 주요 기술이 있습니다: 파동 패턴을 바꾸는 약리학적 물질의 안구 주입, 특정 종류의 아마크린 세포를 제거하는 면역독소의 사용, 또는 자발적 발화 [9]패턴을 바꾸는 녹아웃 마우스 라인의 사용.망막 활동을 방해하기 위해 사용될 수 있는 몇 가지 약리 작용제가 있다.테트로도톡신(TTX)은 외측 유전체 [10]뉴런의 외부 활동 외에 유입되는 망막 활동을 차단하기 위해 시신경 근처에 주입될 수 있다.콜린 작동성 작용제인 에피바티딘의 안구내 주입을 통해 망막신경절 세포의 절반에서 자발 발화를 차단하고 나머지 [9]절반에서 상관없는 발화를 일으킬 수 있다.망막 신경절 세포 활성에 대한 약리제의 영향은 MEA 또는 칼슘 이미징을 사용하여 관찰된다.면역독소는 스타버스트 아마크린 세포를 목표로 삼기 위해 사용될 수 있다.Starburst Amacrine 세포는 콜린 작동성 망막파를 [9]담당하는 망막간엽이다.세 번째 방법은 자발적 발화 패턴이 변경된 녹아웃 마우스를 사용하는 것이다.이 방법의 가장 일반적인 마우스 라인은 신경 니코틴성 아세틸콜린 수용체 베타-2 서브유닛 녹아웃(β2-nACHR-KO)이다.β2-nACHR-KO 마우스는 칼슘 및 [9]MEA 기록과 같이 에피타티딘 주입과 유사한 눈 특이적 망막 미세화가 감소하는 것으로 관찰되었다.

신경 발달에서 논란이 되는 역할

망막파가 망막유도 경로에서 눈 특이적 돌기의 형성에 '지시적'인지 '허용적'인지에 대해서는 현재 많은 논란이 있다.약리학적 약제 주입은 망막파가 형성에서 어떤 역할을 한다는 것을 나타내는 눈 특이적 망막유발적 입력의 형성을 막는다.β2-nACHR-KO 마우스는 자발적 발화 패턴이 변화한 것으로 밝혀졌다.지금까지 녹아웃 라인으로 수행된 실험은 망막파에 대한 몇 가지 사항을 설명하는 데 도움이 되었지만, 정상 체온과 정상적인 화학적 환경에서 수행된 실험만이 녹아웃 [9][10]동물에서 진정한 발화 패턴이 무엇인지 진정으로 결정할 수 있다는 것을 주목하는 것이 중요하다.

유익성 있는 주장

망막파 활동은 눈 특이적 망막 돌기가 형성되는 시기와 일치하는 것으로 밝혀졌다.이러한 시간적 중복은 인과관계에 필요할 것이다.태아 고양이에게 TTX를 주입하면 눈 특이적 망막 돌기 형성이 방지되어 눈 특이적 [10]층 형성에 신경 활동이 필요하다는 것을 알 수 있다.에피바티딘에 의한 치료 후, 강력한 발화에도 불구하고 망막 신경절 세포의 나머지 절반에 상관 발화가 없고, 눈 특이적 층 형성이 결여된 것은 파동이 지시적 [9]역할을 한다는 증거로 나타낼 수 있다.면역독소 사용 후 칼슘 이미징 관찰 결과 결합 전압 클램프 기록에서 상관 [9]발화가 유의미하게 감소된 경우 일부 상관 발화가 여전히 남아 있는 것으로 나타났다.나머지 상관된 발화는 발견된 눈 특이적 망막 돌기의 형성을 설명할 수 있다.칼슘 이미징과 MEA 기록에서 이 세포들은 상관관계가 없는 것으로 나타났다.대신에, 발화율이 감소하는 것이 관찰되었고, 하나의 세포에서 탈분극이 주변 [9]세포를 억제하는 것처럼 보였다.β2-nACHR-KO 생쥐의 발화 패턴 변경도 논란이 되고 있는데, 이는 다음 절에서 자세히 설명하듯이 녹아웃 생쥐에서 상관 발화가 여전히 발생한다는 증거가 있기 때문이다.

관대한 주장

망막파는 눈 특이적 망막 발생 경로가 형성되는 동안 발견되었지만, 현재까지 연구된 모든 종에서 망막파가 이러한 눈 특이적 경로가 형성되기 전에 시작되고 이후에 계속된다는 것에 주목해야 한다.또한 망막파가 교차하는 돌기를 가지고 있는 것으로 기록된 종들도 있다.이는 망막파가 존재할 수 있으며 눈 특정 [10]입력에 유익한 역할을 하지 못할 수 있음을 시사합니다.망막 활동을 차단하기 위해 약리학적 물질을 사용한 데이터를 볼 때 고려해야 할 몇 가지 문제가 있다.첫째, 온전한 동물에서 [10]망막 활동을 장기간 관찰하는 것은 아직 불가능하기 때문에 TTX를 통한 치료의 장기적인 효과는 알려져 있지 않다.TTX의 장기 주입이 억제하지 않고 단지 눈 특이적 층 형성을 지연시켰다는 발견은 더 긴 기간 동안 망막 활동에 대한 TTX의 감소된 효과로 설명할 수 있다.이는 모든 망막 활동을 차단하는 것이 [10]눈 특정 투영 형성을 막는다는 주장을 뒷받침한다.또한 스타버스트 아마크린 세포를 죽이는 면역독소 처리는 에피바티딘에 의한 처리는 눈특이적 망막돌기 형성에 차이가 없으므로 [10]망막파가 아닌 눈특이적 층 형성에 어떤 종류의 망막활성이 필수적이라는 것을 시사할 수 있다.한 연구는 β2-nACHR-KO 마우스는 이전에 보고된 것과 달리 여전히 견고한 망막파 활성을 보였다. 그러나 그들은 망막파가 콜린 작동성 전달 야생형 마우스 디스플레이 [10]대신 녹아웃 라인의 갭 접합을 사용하여 전파된다는 것을 발견했다.

레퍼런스

  1. ^ Willshaw, D.J.; Der Malsburg, C. Von (1976). "How Patterned Neural Connections Can Be Set Up by Self-Organization". Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 194 (1117): 431–445. doi:10.1098/rspb.1976.0087. PMID 12510. S2CID 2498956.
  2. ^ Galli, L.; Maffei, L. (1988). "Spontaneous Impulse Activity of Rat Retinal Ganglion Cells in Prenatal Life". Science. 242 (4875): 90–91. doi:10.1126/science.3175637. PMID 3175637.
  3. ^ Shatz, C.J. (1996). "Emergence of order in visual system development". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (2): 602–608. doi:10.1073/pnas.93.2.602. PMC 40098. PMID 8570602.
  4. ^ a b c d e f Wong, R.O.L. (1999). "Retinal waves and visual system development". Annual Review of Neuroscience. 22: 29–47. doi:10.1146/annurev.neuro.22.1.29. PMID 10202531.
  5. ^ Sernagor, E.; Mehta, V. (2001). "The role of early neural activity in the maturation of turtal retinal function". Journal of Anatomy. 199 (Pt 4): 375–383. doi:10.1046/j.1469-7580.2001.19940375.x. PMC 1468348. PMID 11693298.
  6. ^ Wong, R.O.L. (1999). "Retinal waves: stirring up a storm". Neuron. 24 (3): 493–495. doi:10.1016/s0896-6273(00)81102-2. PMID 10595499.
  7. ^ a b c d 포드, K. & M. 펠러"내측 플렉스폼 층에서 초기 망막 회로의 형성"웹비전:망막과 시각계의 조직.2012년 1월 27일웹. 웹비전
  8. ^ Firth, S.I.; Wang, C.T.; Feller, M.B. (2005). "Retinal Waves: Mechanisms and Function in Visual System Development". Cell Calcium. 37 (5): 425–432. doi:10.1016/j.ceca.2005.01.010. PMID 15820390.
  9. ^ a b c d e f g h Feller, M. (2009). "Retinal waves are likely to instruct the formation of eye-specific retinogeniculate projections". Neural Development. 4: 24. doi:10.1186/1749-8104-4-24. PMC 2706239. PMID 19580682.
  10. ^ a b c d e f g h Chalupa, L.M. (2009). "Retinal waves are unlikely to instruct the formation of eye-specific retinogeniculate projections". Neural Development. 4: 25. doi:10.1186/1749-8104-4-25. PMC 2706240. PMID 19580684.

추가 정보