Как восстанавливается зрение?

10 ноября 2019

Зрение, безусловно — основной источник информации об окружающем мире. В нормальном зрительном восприятии задействован целый ряд систем. В общем виде это можно представить следующим образом: свет, попадая на сетчатку, трансформируется в электрические импульсы, затем зрительный нерв передаёт эти импульсы в другие отделы ЦНС.


Дорога к картине мира

Учёные различают два пути передачи информации в кору головного мозга, так называемые старый и новый. Старый путь, проходя через верхнее двухолмие мозга, позволяет ориентироваться среди различных объектов и отмечать их местонахождение.

Новый путь, хорошо развитый у приматов и людей в частности, делает возможным анализ сложных зрительных сцен. Этот поток идёт через латеральное коленчатое ядро к зрительной коре, а затем расщепляется на 2 потока: «как» и «что». Интересно, что поток «как» рассматривает отношения между объектами в пространстве, а поток «что» отмечает взаимоотношения признаков внутри конкретного предмета. Путь «что», при участии области Вернике и нижней теменной доли, проводит семантический анализ информации, вызывая в памяти ассоциации относительно объекта.

Пути передачи зрительной информации


Но зрительное восприятие не ограничивается только осознаванием того, где и какие объекты расположены. Человеку свойственна ещё и эмоциональная обработка информации. Этот путь, третий, игнорирует ассоциации, передавая сигналы непосредственно к миндалевидному телу, которое позволяет оценить эмоциональную значимость информации.

Анатомически зрительный путь не менее сложен. Волокна зрительного нерва в области средней мозговой ямки формируют частичный перекрёст-хиазму, от которой волокна продолжаются уже в составе зрительных трактов.

Расстройства и причины

Такое строение зрительного анализатора обуславливает множество разнообразных нарушений, возможных при повреждении того или иного отдела.

Это могут быть варианты выпадения определённых полей зрения: биназальная или битемпоральная гемианопсия — выпадение носовых или височных половин поля зрения, скотомы — выпадение участков зрения, туннельное зрение — отсутствие зрительного восприятия на периферии.

Некоторые из перечисленных вариантов могут наблюдаться и в норме: так, у каждого человека имеется физиологическая скотома, соответствующая месту выхода зрительного нерва и не отмечаемая сознательно. Мозг словно дорисовывает картину, не оставляя пробелов в поле зрения.

Существуют и более интересные нарушения, такие как агнозия. Термин «агнозия» ввёл Фрейд, он означает, что мозг больного как бы отрицает то, что он видит. Зрительные пути при таком расстройстве полностью сохранны, нарушена обработка поступающей информации. Рамачандран описывал пациента с «видящей слепотой» (blindsight), который видел окружающие предметы, мог скопировать рисунок, но не мог объяснить, что же он видит.

Часто встречается пространственная агнозия — игнорирование одной половины пространства. Больные могут пользоваться только одной рукой, съедать еду из одной половины тарелки, женщины наносят макияж только на одну половину лица.

Другие варианты нарушений тесно взаимосвязаны с распределениями функций в коре головного мозга. Например, при поражении средней височной области, распознающей движения, человек видит всё вокруг похожим на набор слайдов, словно быстро сменяющие друг друга фотографии. Нарушения в области веретёнообразной извилины приводят к агнозии на лица, либо к зрительным галлюцинациям в виде человеческих лиц.

Оливер Сакс описывал варианты нарушения стереоскопического зрения — мир представлялся пациентке совершенно плоским, двумерным. Это произошло в результате врождённого косоглазия, не прооперированного вовремя.

Чем раньше, тем лучше как восстановить?

Хьюбел и Визел, Нобелевские лауреаты, установили, что развитие нормального, бинокулярного зрения, возможно только при условии получения раннего зрительного опыта. При врождённых дефектах, если они не были вовремя устранены, не происходит развития бинокулярных клеток зрительной коры, что неминуемо приводит к отсутствию, либо тяжелому нарушению бинокулярного, объёмного зрения.

В других исследованиях также отмечалось, что невозможно зрительное восстановление у слепых от рождения, так как связи, обеспечивающие зрение, не сформировались вовремя.

Сложность поражений зрительного аппарата неизбежно влечёт за собой и сложность восстановления функции. Исследование, недавно опубликованное в Nature Neuroscience, открывает новые горизонты в восстановлении зрительных нервов. Коллектив учёных из Университета штата Юта, Гарвардского, Стэнфордского университетов и Калифорнийского университета в Сан-Диего получили интересные результаты эксперимента. Они травмировали зрительные нервы мышей пережатием. Контрольная группа не получала никакой терапии, вследствие чего спустя три недели у этих мышей отмечалась гибель клеток сетчатки.

Другой группе демонстрировали сменяющиеся черно-белые изображения, стимулирующие сетчатку, что вызвало незначительную регенерацию нерва. Учёные отметили, что инъекция в глаз вирусного вектора, несущего ген, который несёт ответственность за продукцию белка сRheb1 (стимулирует сигнальный путь мишени рапамицина у млекопитающих (mTOR), регулирующий клеточный рост), повышала эффективность восстановления.

Тщательный анализ показал, что комбинация этих методов ведёт к регенерации аксонов ганглионарных клеток сетчатки, причём, что наиболее примечательно, эта регенерация оказалась очень специфичной. Аксоны прорастали к правильным зрительным целям, как бы возвращаясь на привычные места, не возникало нарушения функции, как это часто бывает при восстановлении нерва.

Это исследование явно демонстрирует, насколько велик резерв восстановления нервной ткани, даже у взрослых особей.


Текст: Асват Валиева

Neural activity promotes long-distance, target-specific regeneration of adult retinal axons

Jung-Hwan A Lim, Benjamin K Stafford, Phong L Nguyen, Brian V Lien, Chen Wang, Katherine Zukor, Zhigang He & Andrew D Huberman

Nature Neuroscience volume 19, pages 1073–1084 (2016)

Кортикальный протез сможет вернуть зрение слепым

Научная группа Нидерландского института нейронауки (Амстердам) представила свою последнюю разработку – устройство, помогающее слепым людям различать силуэты предметов. Протез был представлен на конференции BCISamara-2018, которую…

Tактильное кино. Приглашение: смотреть видео и щупать разные поверхности

Департамент психологии ВШЭ приглашает желающих принять участие в эксперименте под рабочим названием «Восприятие кино». От вас потребуется смотреть фрагменты фильмов и оценивать их. Это поможет…

«Пищевой светофор» или как мы выбираем еду по цвету

По правилам дорожного движения зеленый сигнал значит «давай, вперед!». Оказывается, с едой всё наоборот: в нашем мозге есть что-то вроде перевернутого светофора, который помогает решить,…

Для рыб не всё на одно лицо

Британские и австралийские учёные обнаружили, что не только млекопитающие способны распознавать лица, но ещё и рыбы. Работа опубликована в журнале Scientific Reports. Toxotes chatareus Исследователи…

Картинка дня: первая ПЭТ человека

Первые изображения работы мозга, полученные на позитронно-эмиссионном томографе в августе 1976 года Коллеги из Doctor.Ru напомнили, что произошло в этот день. Публикуем их рассказ: 16…

Колоться можно: прививки не повышают риск рассеянного склероза

Помимо аутизма и ДЦП, противники вакцинации умудряются обвинять прививки в том, что они провоцируют рассеянный склероз. Однако крупное исследование немецких учёных показывает, что  и это…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 110: как развивается цветовое зрение (видео)

Большинство исследований, предметом которых было развитие зрения, проводились на модельных животных: мышах и рыбках данио рерио. Только вот основное их отличие от человека состоит в…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 141: суперзрение глубоководных рыб

Многие животные, живущие в кромешной темноте, полностью или частично утрачивают зрение. Однако некоторые глубоководные рыбы пошли по другой стратегии: в их геномах насчитывается необычно много…

Улучшить зрение помогут «нанопиксели»

Израильские и шведские учёные создали протез для сетчатки из маленьких светочувствительных пикселей. Разработку планируется использовать для восстановления зрения, а дешевизна и доступность материала, делает протез…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 115: магнитно-резонансная томография — игра на повышение

Куда движется отрасль современной нейровизуализации? Конечно, в сторону магнитно-резонансной томографии. Ни один другой метод диагностики не позволяет столь контрастно и детально зафиксировать как внутреннее строение…