کشف جدید دانشمندان: چشم انسان برخلاف تصور قدیمی دانشمندان کار می‌کند

به گزارش آذرنگارنده:

پژوهشگران دانشکده پزشکی دانشگاه ییل در مطالعه‌ای جدید نشان داده‌اند که نحوه پردازش اطلاعات بصری در شبکیه چشم پیچیده‌تر از آن چیزی است که پیش‌تر تصور می‌شد. این یافته‌ها که در مجله علمی Neuron منتشر شده‌اند، نشان می‌دهند مسیرهای بینایی در شبکیه برخلاف باور دیرینه دانشمندان، کاملاً مستقل از یکدیگر عمل نمی‌کنند و در واقع شبکه‌ای از ارتباطات الکتریکی میان آن‌ها وجود دارد.

وقتی به یک صحنه نگاه می‌کنیم، سیستم بینایی به‌سرعت ویژگی‌های مختلف تصویر مانند رنگ، کنتراست، حرکت و شکل را از هم جدا کرده و آن‌ها را به طور همزمان اما در مسیرهای جداگانه پردازش می‌کند. این فرایند که «پردازش موازی بینایی» نام دارد به مغز کمک می‌کند محیط اطراف را سریع‌تر درک کند.

سال‌ها تصور می‌شد این جداسازی از همان ابتدا در شبکیه چشم شکل می‌گیرد و مسیرهای پردازش اطلاعات تا مراحل بعدی سیستم بینایی نیز جدا از هم باقی می‌مانند. اما نتایج پژوهش جدید نشان می‌دهد این مسیرها در واقع بیش از آنچه تصور می‌شد به یکدیگر متصل هستند. به گفته پژوهشگران، این ارتباطات ممکن است به چشم کمک کند سیگنال‌های بسیار ضعیف نوری—مانند شرایط نور کم—را بهتر تشخیص دهد.

بینایی از سلول‌های گیرنده نور در شبکیه، یعنی میله‌ها و مخروط‌ها آغاز می‌شود. این سلول‌ها نور را دریافت کرده و اطلاعات را به نورون‌هایی به نام سلول‌های دوقطبی (Bipolar cells) منتقل می‌کنند. در این مرحله اطلاعات مربوط به روشنایی، رنگ، شکل و کنتراست به بیش از دوازده مسیر موازی تقسیم می‌شود.

با بررسی دقیق محل ارتباط این سلول‌ها، پژوهشگران دریافتند که این مسیرها کاملاً جدا از هم نیستند. نورون‌ها معمولاً از طریق دو نوع اتصال با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند:

• سیناپس‌های شیمیایی که پیام را با استفاده از انتقال‌دهنده‌های عصبی منتقل می‌کنند
• سیناپس‌های الکتریکی یا «گپ جانکشن‌ها» که اجازه می‌دهند جریان الکتریکی مستقیماً بین سلول‌ها عبور کند

پیش‌تر تصور می‌شد سلول‌های دوقطبی عمدتاً از نوع شیمیایی با یکدیگر ارتباط دارند. اما این پژوهش نشان داد اتصالات الکتریکی گسترده‌ای میان این سلول‌ها وجود دارد که مسیرهای بینایی مختلف را به هم متصل می‌کند. به همین دلیل، تحریک یک سلول دوقطبی می‌تواند باعث فعال شدن تعداد زیادی از سلول‌های مشابه در شبکه شود.

دانشمندان همچنین نوع خاصی از سلول‌های دوقطبی به نام BC6 را شناسایی کردند که نقش هماهنگ‌کننده در این شبکه دارد. این سلول‌ها سیگنال‌های قدرتمندی تولید می‌کنند که در میان مسیرهای مختلف پخش شده و نوعی ساختار سلسله‌مراتبی در شبکه بینایی ایجاد می‌کنند.

به گفته پژوهشگران، این همکاری میان مسیرهای مختلف زمانی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند که سیگنال‌های نوری بسیار ضعیف باشند. در چنین شرایطی، ترکیب اطلاعات از چند مسیر می‌تواند به چشم کمک کند اشیای کوچک یا کنتراست‌های بسیار کم را بهتر تشخیص دهد.

برای انجام این تحقیق، تیم پژوهشی از روش‌های پیشرفته تصویربرداری و ثبت فعالیت سلولی استفاده کرد. یکی از مهم‌ترین نوآوری‌های این مطالعه استفاده از تکنیک دوگانه patch‑clamp روی شبکیه کامل موش بود؛ روشی که امکان تحریک سلول‌های خاص و ثبت پاسخ سلول‌های اطراف را فراهم می‌کند بدون اینکه ساختار طبیعی شبکیه تخریب شود.

پژوهشگران سپس همین آزمایش‌ها را روی شبکیه انسان که از طریق برنامه اهدای بافت به دست آمده بود تکرار کردند. به گفته تیم تحقیقاتی، این نخستین بار است که چنین آزمایش‌هایی روی شبکیه کامل انسان انجام می‌شود.

از آنجا که شبکیه بخشی از سیستم عصبی مرکزی محسوب می‌شود، درک بهتر نحوه پردازش اطلاعات در آن می‌تواند به دانشمندان کمک کند عملکرد مدارهای عصبی در سایر بخش‌های مغز را نیز بهتر بفهمند. این یافته‌ها همچنین ممکن است در آینده به درک بهتر بیماری‌های چشمی مانند دژنراسیون ماکولا، گلوکوم (آب‌سیاه) و نابینایی شبانه مادرزادی کمک کند.