Когда вы что-то видите — например, дерево во дворе или игрушку, которую вам даёт малыш, — эта визуальная информация передаётся с сетчатки в мозг. И, подобно поезду, останавливающемуся на станциях по пути следования, информация задерживается в определённых областях мозга, где обрабатывается и отправляется в следующий пункт назначения.

Ранее считалось, что зрительный таламус выполняет функцию ретранслятора, просто перенаправляя зрительную информацию в следующую область. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Neuron, показало, что таламус на самом деле интегрирует дополнительную информацию из других областей мозга и преобразует ту, которую он отправляет в кору головного мозга.

Лян Лян, доктор философии, доцент кафедры нейробиологии Йельской медицинской школы (YSM) и старший автор исследования, предположил, что таламус может выполнять больше функций, чем ему приписывалось.

«Предыдущие исследования показали, что информация, поступающая в зрительный таламус с сетчатки, составляет лишь около 10% от общего объёма поступающих данных», — объясняет она. «Есть много других источников информации из других областей мозга, но их роль во многом остаётся загадкой».

Лян хотела узнать, что делают эти другие входные сигналы, поскольку её более глубоко интересовал принцип работы зрительной системы и принципы обработки информации в мозге. Поэтому она и её лаборатория исследовали сигналы, исходящие из области среднего мозга, называемой верхним холмиком .

Раскрытие более важной роли таламуса
Сетчатка посылает информацию в несколько областей мозга, но у неё есть две основные цели. Одна из них — зрительный таламус, часть пути, отвечающего за формирование изображения. Другая — верхние холмики четверохолмия, связанные с рефлекторными зрительными реакциями, такими как пригибание при виде летящего мяча или, что важно для животных, уклонение от хищника.

Тот факт, что верхнее четверохолмие получает собственные входные сигналы от сетчатки, а затем взаимодействует с другой областью, которая также получает информацию от сетчатки, особенно заинтересовал Ляна.

«Тот факт, что эти два пути взаимодействуют друг с другом на столь ранней стадии обработки, очень интересен», — говорит она.

Чтобы исследовать взаимодействие этих двух информационных потоков в таламусе мышей, группа Ляна внедрила генетически закодированные индикаторы в клетки, поступающие из сетчатки. Это привело к тому, что концы клеток, бутоны, начали флуоресцировать зелёным цветом при передаче сигнала другой клетке. Исследователи проделали то же самое с бутонами верхнего холмика, но вместо этого заставили их флуоресцировать красным цветом.

«Поэтому мы могли отслеживать активность каждого из них, пока мыши смотрели фильмы», — говорит Лян.

Исследователи обнаружили, что входные сигналы не встречались случайным образом, а были строго организованы. «Это означает, что мозг действительно прилагает усилия, чтобы связать их воедино в процессе развития», — объясняет Лян.

Более того, входные сигналы со схожими свойствами группировались вместе, что указывает на то, что они передавали схожую информацию одной и той же таламической клетке. Чтобы глубже понять, как эта конвергенция информации влияет на таламус и его сигналы, исследователи заглушили клетки верхнего холмика.

«Когда мы это сделали, это подавило амплитуду зрительных реакций таламических клеток», — говорит Лян. «И это особенно снизило избирательность движения в клетках, настроенных на определённые направления движения».

По словам Ляна, это означает, что сигналы от верхнего холмика четверохолмия способствуют вычислению движения в таламусе.

«Проводятся значительные вычисления для обогащения и выборочного улучшения визуальной информации еще до того, как она попадет в кору головного мозга», — говорит она.

В настоящее время группа изучает некоторые другие входные сигналы зрительного таламуса, чтобы выяснить, влияют ли они на обработку информации.

«Мы также изучаем клетки, которые получают информацию от этих входов», — говорит Юэ Фэй, доктор философии, ведущий автор исследования и аспирант в лаборатории Ляна, недавно защитивший диссертацию.

«Мы хотим посмотреть, как они используют эту информацию».