docנוירוטרנסמיטורים נושא 151 12 : משתחרר בתגובה לגירוי ומשפיע על תא פוסט סי
download 
Report Transcription
נוירוטרנסמיטורים נושא 151 12 : משתחרר בתגובה לגירוי ומשפיע על תא פוסט סי
נושא :12נוירוטרנסמיטורים 151 נושא :12נוירוטרנסמיטורים נוירוטרנסמיטור הוא חומר הנמצא באלמנט פרה-סינפטי ,משתחרר בתגובה לגירוי ומשפיע על תא פוסט- סינפטי .קיימות מספר משפחות של נוירוטרנסמיטורים: • משפחת חומצות האמינו – גלוטמאט ,גליצין וGABA (γ-- ) aminobutyric acidאשר מיוצר מסובסטרט גלוטמאט על ידי האנזים ).Glutamic acid decarboxylase (GAD גלוטמאט הוא לרוב טרנסמיטור מעורר )אקסיטטור( וגליצין ובעיקר GABA הינם טרנסמיטורים מעכבים )אינהיביטורים( .מספיק קיומו של GADבלבד כדי להפוך תא מאקסיטטורי לאינהיביטורי .האנזים GADמהווה סמן לזיהוי תאים אינהיביטורים ,המכונים גם GABAergic .neurons • משפחת האמינים – ניתן לחלק את הקבוצה למספר תתי- קבוצות ;ACh :קטכולינים )כמו דופמין ,נוירואפינפרין, אפינפרין – כולם נגזרים של טירוזין; כמו כן נכלל הסרוטונין, ששונה בכך שמקורו מטריפטופן( .בהתאם לאנזימים המצויים בתא ייקבע אילו טרנסמיטורים הוא מפריש )וניתן לזהות אותם על ידי צביעה לאנזימים כמו ;(TH • משפחת פפטידים – חלקם נוירוטרנסמיטורים בלבד ואחרים בעלי השפעות ארוכות טווח והיקף .באורך 8-9חומצות אמינו על פי רוב. בדרך כלל ,חומצות אמינו ואמינים נמצאים בוזיקולות קטנות בעוד שהפפטידים נמצאים בוזיקולות גדולות – פי 3-6מקוטר הוזיקולות הקטנות ) 50 nmלעומת .(200-300 nmהבדל מהותי נוסף הוא שבוזיקולות הגדולות יש איזור דחוס במרכזן ,ולכן הן מכונות .large dense-core vesiclesהדחיסות נובעת מהחלבונים והפפטידים הנמצאים בוזיקולה. סיום הסיגנל – דגרדציה תאי עצב שמייצרים ) AChתאים כולינרגים( מכילים את ה,Cholin-Acyl Transferase (ChAT)- מכיוון שהם קולטים את הכולין שמפורק מה ACh-על ידי ) AChE (Esteraseועושים לו אצילציה לצורך ייצור .ACh נוירוטרנסמיטורים אחרים אינם מפורקים כמו AChאלא עוברים uptakeעל ידי תאים שכנים – דוגמת האסטרוציטים המעורבים בסינפסה ,התאים הפרה-סינפטיים וכדומה .הטרנספורטרים לרוב נמצאים על גבי וזיקולות ממברנליות בתוך התא ועוברים איחוי לממברנה על מנת שיוכלו לבצע פעילות ולקלוט את החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 152 הנוירוטרנסמיטור .גם לקתכולאמינים יש טרנספורטרים לצורך .uptakeחומרים תרופתיים שונים עובדים על הטרנספורטרים האלה על מנת להשפיע על תופעות פסיכולוגיות ומחלות נוירולוגיות. מנגנון הטענת הוזיקולות מכיוון שהתא צריך להיות מסוגל לשחרר וזיקולות גם בירי תדיר ,הרי שמנגנון ייצור הוזיקולות צריך להיות בקירבת הסינפסה. מנגנון הייצור של חומצות האמינו והטענתן לוזיקולות )נוירוטרנסמיטורים כמו ,GABA גלוטמאט או אצטילכולין( נמצא בטרמינל; לעומת זאת וזיקולות המכילות פפטידים צריכות לעבור דרך מסלול ה ER-והגולג'י לייצורן ולכן צריכות להיות מוסעות לאורך כל האקסון עד לטרמינל. מכיוון שתהליך חידוש ויזוקולות הפפטידים ממושך יותר ,ברור שצריך להיות הבדל בסיגנל הגורם לשחרור וזיקולה מסוג זה או אחר; ברור גם שהסיגנל קשור לסידן ול :AP-באיזור של ה Active Zone-נמצאות רוב תעלות הסידן ויש צימוד טוב בין התעלות לוזיקולות הקטנות .לעומת זאת הוזיקולות הגדולות של הפפטידים נמצאות במרחק מה.Active Zone- ירי של APבודד או בתדירות נמוכה יעלה את ריכוז הסידן באיזור ה Active Zone-בלבד; כתוצאה יישתחררו הוזיקולות הקטנות אולם לא הוזיקולות המרוחקות .לעומת זאת ,ירי תדיר יוביל לעלייה בריכוז הסידן בכל רחבי הטרמינל ויוביל לאיחוי של וזיקולות גדולות וקטנות כאחד. וזיקולות LDSמשתחררות כתוצאה מירי בתדירות גבוהה. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , נושא :12נוירוטרנסמיטורים 153 מדידת נוירוטרנסמיטורים לאחר יצירה של נוירוטרנסמיטור ,מתחיל תהליך הקליטה שלו .בסיום הטעינה מתרחשים תהליכי טרנסלוקציה – הסעה של הוזיקולה לממברנה – ועיגון .הוזיקולה עוברת הבשלה לקראת איחוי כאשר היא מגיע לאיזור ה ,Active Zone-ועם קבלת סיגנל הסידן מתרחש איחוי .לאחר האיחוי מתרחש מיחזור על מנת להמשיך את התהליך .המיחזור מתרחש בתהליך של אנדוציטוזה )ועשוי לעבור דרך אנדוזום(. שימו לב:התהליך הפיך לחלוטין – כל שלב מהטעינה יכול לחזור אחורה. למעט שלב האיחוי עם סיגנל הסידן, כל המערכת מתקיימת על בסיס שיווי משקל בסינפסה. האם אותה פיסת ממברנה עוברת מיחזור? התשובות חלוקות; רזולוציות מיקרוסקופיה לא מאפשרות לקבוע תשובה חד משמעית .ככל הנראה לעיתים זה כך ולעיתים אחרת; גם בנוגע לשאלה האם החלבונים הממברנלים שהיו נעוצים בוזיקולה ממוחזרים איתה התשובות דומות. מדידת שחרור וזיקולות נעשתה ,עד כה ,בצורה עקיפה לפי הגירוי שהתקבל בתא הפוסט-סינפטי .לצורך מדידה ישירה של שחרור הוזיקולות משתמשים בניסוי אלקטרופיזיולוגיה המודד את קיבול הממברנה: כאשר וזיקולה עוברת איחוי שטח הפנים של הממברנה בטרמינל גדל ולכן הקיבול גדל .פרמטר זה ניתן לנטר וכך למדוד את איחוי הוזיקולות. לניסוי זה מבצעים מעין פעולה דומה-אך-הפוכה ל :Patch Clamp-מחברים את האלקטרודה לתא ועושים חור בממברנה .בצורה זו מקשרים בחוזקה בין החלל של התא לחלל האלקטרודה .האלקטרודה מחוברת למגבר ולכן מסוגלת למדוד את קיבול הממברנה .במתן גירוי ,השלפוחיות יתחילו לעבור איחוי וניתן יהיה לראות קפיצה בקיבול הממברנה; ככל שממתינים יותר זמן כך יותר וזיקולות יתאחו ויתקבלו יותר קפיצות בקיבול. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 154 אם התהליך היה חד כיווני – ללא מיחזור – אכן הייתה מתקבלת רק עלייה בקיבול; אולם מכיוון ששלפוחיות עוברות אנדוציטוזה לכאורה תתחיל גם ירידה בקיבול .בפועל ,על פי רוב איחוי מקדים את המיחזור – האיחוי מהיר מאוד והאנדוציטוזה מעוכבת אחריו; אולם כן יש"זיהום" של הנתונים ברמה מסויימת עקב המיחזור. ניסוי דומה נערך עם תאי ,MASTתאי דם לבנים האחראים לשחרור גרנולות של היסטמינים .יחד עם זאת יש לציין שאלו שלפוחיות ענקיות – דומות בגודלן ל LDC-ואף גדולות יותר. כאשר מודדים שחרור וזיקולות בנוירונים מתייחסים לרוב ל- LDCאו מבצעים כיול מסויים למול הוזיקולות הקטנות .מכיוון שהשינוי שהן גורמות כבודדות הוא מזערי. היתרון המרכזי של השיטה הוא ישירותה – היא מודדת את כמות השלפוחיות העוברות איחוי בכל גירוי ומספקת פרמטר להשוואה בין כמות מאגר הוזיקולות הזמינות לשחרור ) (RRPבתנאים שונים .היא גם מלמדת על הקינטיקה של התהליך – ניתן לעקוב אחר קצב האיחוי של הוזיקולות ,דבר שפחות ניתן לעשות בצד הפוסט-סינפטי. החסרונות של המערכת הוא שיש תמיד "זיהום" עקב אנדוציטוזה ואקסוציטוזה .על פי רוב ,תהליך ההפרשה מלווה באנדוציטוזה; מכיוון שיש הפרדה בזמן בין התהליכים אפשר לעיתים למדוד אותם בנפרד – אבל לא תמיד .דבר נוסף ,הוא שגודל הטרמינל בנוירונים קטן מאוד – מיקרון או שניים; זהו גם גודל ראש הפיפטה .לכן קשה מאוד לבצע את המדידה מטרמינלים קטנים. איתור אלקטרוכימי של הפרשה מתאים בודדים קטכולאמינים הינם בעלי שיירי הידרוקסילים המסוגלים לעבור תהליכי חימצון-חיזור ,בהם המולקולה תפלוט שני פרוטונים ושני אלקטרונים. משפחה זו הינה משפחה של נוירוטרנסמיטורים דוגמת דופמין ,נוירואפינפרין וכדומה .קיימים תאים המשחררים וזיקולות שלפוחיות דחוסות- ליבה בלבד ) (LDCעם מנגנון איחוי וזיקולות זהה לחלוטין לזה שקורה בנוירונים ולכן תאים אלו משמשים ללמידה אודות מנגנון השחרור. כל אחת ממולקולות הקטכולאמינים יכולה לעבור חימצון חיזור; ניתן לגרום ,בצורה חשמלית ,לכל נוירוטרנסמיטור לפגוע במעין מקל חשמלי שייגרום להן לתרום שני אלקטרונים .ה"מקל" הזה יהיה אלקטרודת פחם ,המחוברת למגבר מתח .כאשר הנוירוטרנסמיטור פוגע באלקטרודה נמדד הזרם הנובע מחימצון כל מולקולת נווירוטרנסמיטור שהשתחררה .הזרם המתקבל פרופורציוני לכמות המולקולות ששוחררו ופגעו באלקטרודה. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , נושא :12נוירוטרנסמיטורים 155 ברגע שהמולקולות פוגעות באלקטרודה יש עלייה הדרגתית קלה ,אז עלייה מהירה ,ולאחר מכן ירידה איטית .השיא )spike (amperometric מאפשר למדוד את כמות הקטכולאמין בוזיקולה. אולם ה Foot-של העלייה מודדת עלייה הדרגתית כלשהי; מעבודות רבות שעשו בשילוב של אמפרומטריה עם קיבול נמצא תהליך המכונה :Kiss and Run השלפוחית מתחילה לעבור איחוי ואז נסגרת לפני שהיא משחררת את כל הנוירוטרנסמיטור. האיחוי החלקי יכול להימשך זמן לא קצר ,וכל הזמן הזה יש דליפה מתוך השלפוחית ,עד למצב בו השלפוחית תעבור איחוי מלא וכל הנוירוטרנסמיטור יישפך החוצה וייצור את שיא הזרם .מכאן שהתהליך נעשה בשלבים :בשלב הראשון נוצר ,Fusion Poreחור האיחוי שנוצר בין ממברנת הוזיקולה לממברנה הפלזמטית ודרכו זולג נוירוטרנסמיטור; בשלב השני ,ברוב המקרים ,התהליך ממשיך לאחר מכן לאיחוי מלא .אם התהליך בלתי הפיך ,בשלב הראשון של האיחוי יימדד זרם הזליגה ולאחר מכן ימדד זרם מהאיחוי המלא; הדעיכה האיטית נובעת מכך שלוקח זמן לחומר לעבור דיפוזיה או להיות מסולק מהאיזור. בחלק מהמקרים נוצר ,Fusion Poreמשתחררת כמות נוירוטרנסמיטור מסויימת ואז החור נסגר .אין איחוי מלא ולכן אין שחרור של כל כמות הנוירוטרנסמיטור מתוך השלפוחית .תהליך זה הוא המכונה Kiss ,and Runבו לא קיים איחוי מלא. בשביל שהוזיקולה תעבור איחוי צריכים להתקיים מספר תהליכים :התאמה בין חלבונים בממברנה לוזיקולה; עיגון; הסעה; איחוי .אם החלבונים שהיו על הממברנות עוברים דיפוזיה על גבי הממברנה ונעלמים ,תהליך האיחוי נתקע ולכן נוצר ה .Kiss and Run-מעבר לכך ,יכול להיות שהתהליך מיועד לחסוך בתהליך המיחזור – הוזיקולה מתרוקנת יחסית ואז פשוט נסגרת מחדש וחוזרת למעגל כוזיקולה מרוקנת. אולם ,עובדה זו מעלה תהיות בנוגע לתכולה הקוונטלית :שהרי יכול להיות שהוזיקולה כלל לא עוברת איחוי מלא אז כיצד ניתן לקבוע את התכולה הקוונטלית ,שאמורה להיות קבועה? רוב מדידות הFusion - Poreנעשו על שחרור של וזיקולות .LDCההנחה היא שכאשר הדבר קורה בויזקולות הגדולות ,יש שחרור קטן של התכולה בלבד; אם התהליך מתרחש בוזיקולה קטנה ,לפי חישובים שעשו ,מספיקה מילישנייה בה ה Fusion Pore-פתוח על מנת לשחרר את כל הנוירוטרנסמיטור .יכול להיות שבטרמינל החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 156 יש תהליך Kiss and Runלזמן קצר בלבד ,ואז הוזיקולות חוזרות ריקות למסלול וצריכות לעבור מחדש מילוי בלבד )הן כבר מעוגנות לממברנה(. יחד עם זאת ,הדעות חלוקות בתחום זה וקשה מאוד למדוד את הדברים. בשילוב השיטות למדידת הקיבול והאמפרומטריה ניתן לזהות איחוי מלא או חלקי :אם האיחוי היה מלא, תהיה עלייה בקיבול והזרם האמפרומטרי ייצור שיא; שני התהליכים יהיו קורלטיבים .אם התהליך היה Kiss and Runתתקבל עלייה בקיבול הממברנה אולם לא ייתקבל שיא בעלייה של הזרם .התהליכים של העלייה בקיבול יכולים לחזור על עצמם עם כל " "Kissאקראית ,וחזרות יופיעו עד שיהיה איחוי מלא. מדידה באמצעים פלורסנטים לוזיקולה יש מסלול חיים מוגדר; אם מבקשים להשתמש בסימון פלורנסטי של המערכת ,ניתן לסמן אותה במהלך האנדוציטוזה – אז יש ערבוב של המדיום החיצוני עם המדיום שנכנס לתוך הוזיקולות .אם המדיום החיצוני יכיל חומר פלורסנטי ניתן יהיה להכניסו לתוך הוזיקולה. בצורה זו ניתן ליצור וזיקולה פלורסנטית. בוזיקולות משתמשת השיטה פלורנסטיות בעזרת .FM Dyes הצבע במדיום נצמד לממברנה; במתן גירוי ,וזיקולות מתאחות עם הממברנה ואז עוברות אנדוציטוזה .במהלך האנדוציטוזה הן שואבות את הצבע ועוברות סימון .לאחר מכן שוטפים את הצבע ,כך שהצבע שנותר הוא רק בוזיקולות .כעת ,כאשר ייתנו גירוי נוסף, הוזיקולות יעברו איחוי וייפלטו החוצה את הצבע. בניסוי בו הדגירו תאים עם הצבע הפלורסנטי ,נתנו להם גירוי ואז שטפו את הצבע מהמדיום – ניתן היה לראות סימון של הסינפסות, המכילות עתה וזיקולות צבועות .המשטח ,אשר מכיל כמאה גופי תאים ,מכיל עשרות אלפי ומיליוני סינפסות. קבוצת FM Dyesכוללת מספר צבעים בעלי שרשרת הידרופובית מאוד ארוכה וראש פולארי; השרשרת ההידרופובית נתקעת בממברנה והראש הפולארי פונה החוצה .בצורה זו הצבע נדבק לממברנות כשהוא במדיום ,בעוד שהראש הפולארי מונע חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , נושא :12נוירוטרנסמיטורים 157 חדירה מוחלטת לתוך התא .הצבעים פותחו לראשונה בתור צבעים רגישים למתח – שניתן יהיה לשים על התא ולבדוק את שינוי המתח )דה/היפר פולריזציה( .ואולם הצבע פלורסנטי יותר כשהוא בממברנה מאשר במדיום – ולכן קל יותר לראותו בממברנה מאשר כשהוא מופרש למדיום. ככל במתן שמתקדמים הגירויים מופיעות יותר וזיקולות המלאות בחומר פלורסנטי, עד שמגיעים לפלאטו מסויים; בשלב הזה ניתן לבצע שטיפה ולראות את תמונת שדה הפלורסנציה לאורך האקסון .הנקודות הפלורנסטיות הן סינפסות המכילות כמה עשרות וזיקולות סגורות. במתן גירוי, הפלורסנציה תרד עד תיעלם – בהתאם לגודל הגירוי הניתן. נניח סינפסה בה יש וזיקולות צבועות .עולה השאלה האם ברגע שישוחררו הוזיקולות שבאיזור ה Active Zone-הן יפתחו ויסגרו או שמה הן יעלמו ובמקומן יגיעו וזיקולות חדשות מעומק התא. אם הוזיקולות ישוחררו ,תהיה ירידה קלה בפלואורסנציה; בסיגנל הבא ,אם הוזיקולות מהמאגר יעברו ל Active Zone-וישוחררו, אזי עוד צבע ייפלט והפלורסנציה שוב תרד .לעומת זאת אם הוזיקולות מוחזרו – למשל על ידי – Kiss and Runמידת הפלורסנציה תישאר דומה. אך כיצד ניתן לדעת שאי-הירידה בפלורסנציה אינה נובעת מאי- איחוי בגירוי השני? אם תשולב בזמן המדידה הפלורסנטית גם מדידת תגובה בצד הפוסט-סינפטי ,אפשר יהיה לוודא שבגירוי השני אכן שוחרר נוירוטרנסמיטור. התוצאות מראות שאכן יש גירוי בצד הפוסט-סינפטי; מכאן שמעבר לכך שאי-הירידה בפלורסנציה הינה סממן לכך שהוזיקולות ממוחזרות ולא מגיעות מהמאגר הרחוק יותר ,הרי שיש מילוי של הוזיקולות גם כשהן צמודות ל.Active Zone- החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 158 סינפסות במערכת העצבים יכולות לבצע שימוש-מחדש של וזיקולות ה RRP-הזמינות לשחרור. בזמן קצר מאוד של שנייה או שתיים הוזיקולות עוברות אנדוציטוזה ,מתמלאות בנוירוטרנסמיטור ומוכנות לשחרור. שילוב השיטות מוכיח את עצמו כמאפשר להבחין ממש מה קורה בסינפסה – השילוב בין הפלורסנציה למדידת המתח הפוסט-סינפטי שנעשו בניסוי שלעיל מלמדים על כך שהוזיקולות מתמלאות ומתמחזרות. בשלב הבא יש לבדוק מהו קבוע הזמן המינימלי שבין שני גירויים – על ידי מתן שני גירויים במרווחים הולכים וקצרים למציאת המרווח המינימלי בין הגירויים .הגרף המתקבל מראה שבתוך 1-2שניות מגיעים ל60-70%- וזיקולות ממוחזרות ומוכנות לשחרור. שימו לב ש 2-שניות נדרשות על מנת ש 100%-וזיקולות יחלימו; זהו זמן יחסית ממושך אולם הדבר תלוי בתדר – אם ניתן תדר מהיר ניתן ליצור פסיטילציה על ידי הסידן השיירי ואז לייעל את תהליך ההתאוששות. בעזרת קבועי הזמן אפשר לבנות מודל עם קבועי זמן לכל תהליכי המיחזור של הוזיקולות – אקסוציטוזה ,מילוי, אנדוציטוזה ושימוש מחדש. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , נושא :13חלבוני הסינפסה 159 נושא :13חלבוני הסינפסה הסינפסה ,הקטנה מאוד ,מכילה עשרות ומאות וזיקולות; ההובלה שלהן נמצאת באחריות חלבונים שחלקם מצויים על גבי ממברנת התא ואחרים על גבי השלפוחית או בציטופלזמה .חלק מהחלבונים גם יכולים לשנות מיקום בין אתרים אלו בהתאם למצב הפעילות של הסינפסה – למשל בשינוי סידן; ואכן ישנם בסינפסה עשרות חלבונים רגישים לסידן המעורבים בתהליך מיחזור הוזיקולה. נמצא שהחלבונים שנמצאים בסינפסה הומולוגים לחלבונים האחראים לטרנספורט בין אברונים בגוף התא – גולג'י ER ,וממברנה .מערכות אלו עזרו ליצור מוטנטים או לשער מה חלבונים עושים דרך ההומולוגיה .שיטה נוספת הייתה שימוש במערכות :in vivo • שמרים – מתרבים על ידי תהליך הנצה .תהליך ההנצה דומה לתהליך יצירת וזיקולות ולכן יכול להוות מודל לתהליך בו וזיקולות עוברות הנצה מתוך אברונים או עוברות איחוי לממברנה של הסינפסה. • תולעים ,דרוזופילה ועכברים – מודלים שנחקרו רבות ומוכרים בהם מוטנטים רבים; זבובים שלא עפים או תולעים שלא זוחלות נמצאו פגועים במנגנונים של הנצת וזיקולות במערכת הנוירונלית. הגנים האלו נמצאו גם בעכבר. סקירה מהירה של חלבוני הסינפסה • – Synaptobrevin, Syntaxin & SNAP-25הראשון על גבי הוזיקולה והשניים האחרים על הממברנה התאית ,שלושת החלבונים יוצרים את קומפלקס snare complexשהוא קומפלקס חזק מאוד ומביא את הוזיקולה למצב בו היא צמודה מאוד לממברנה .זהו כנראה חלק מתהליך ההכנה של הוזיקולה לאיחוי ויש לו תפקיד חשוב מאוד בתהליך. • תעלות סידן ממברנליות – מצויות בקירבת מקום העיגון של החלבונים .לחלבוני ה SNARE-יש אינטראקציה ישירה עם תעלות הסידן – וכך נוצר זיווג מרחבי בין הוזיקולה לתעלה ,דבר שמקטין את המרחקים ביניהן ומייעל את השחרור. • – Synaptotagminחלבון רגיש לסידן ,נמצא על גבי ממברנת הוזיקולה .יחד עם קומפלקס SNAREהוא מאפשר את שחרור הוזיקולה ואיחויה עם הממברנה. שקופית 6 קומפלקס SNARE שלושת חלבוני הקומפלקס תופסים את הוזיקולה ומביאים את הממברנה שלה למגע כמעט מלא עם הממברנה התאית .אחד התהליכים המשוערים הוא יצירת צורת רוכסן – הקומפלקס הולך ונסגר כרוכסן וכך מקרב את הוזיקולה לממברנה ,אולי אפילו עד לערבוב קל בין הליפידים שלה לליפידים של הממברנה התאית כך שהיא מוכנה יותר לקראת השחרור. שקופית 9 החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 160 וזיוקלות מבודדות מסוגלות לעבור איחוי יעיל למדיי על ידי השמתן עם קומפלקס .SNAREמשום כך זהו המבנה המינימלי הדרוש לאיחוי .המבנה שלו גם דומה מאוד לחלבונים האחראים לאיחוי וזיקולות באנדוזום. בעבודות רבות נמצא שישנם טוקסינים המסוגלים לחתוך באופן ספציפי את חלבוני הקומפלקס ,דוגמת הבוטולין והטטנוס .פעולתם מנטרלת את פעילות הקומפלקס ,וכך מונעת את האיחוי .בפגיעה מטננוס מתחוללות התכווצויות טטניות; הרעלת בוטוליניום לעומת זאת גורמת להרפיה של השריר .מכאן שיש שתי תופעות הפוכות עקב טוקסינים שפוגעים באותם חלבונים. בוטוליניום עובד ישירות על ה PNS-כך שהוא מעכב שחרור של וזיקולות מסינפסות .NMJכתוצאה אין שחרור מעצב לשריר והשריר יורפה .לעומת זאת הטטנוס פועל על ה CNS-בנוירונים אינהיביטורים ,וכך מונע את עיכוב ההתכווצות של השריר .הטטנוס נכנס לסינפסה ומולך רטרוגריידית לגוף התא ,מגיע לסינפסה עם התא האינהיביטורי שנמצאת בעמוד השדרה ,חוצה אותה רטרוגריידית ונכנס לסינפסה האינהיביטורית – שם הוא מעכב את השחרור של נוירוטרנסמיטורים אינהיביטורים .עיכוב ההשפעה שלהם גורם לירי מוגבר בסינפסה NMJוגורם לגירוי טטני. מחקר שנעשה בתחום זה גילה שיש טוקסין בוטוליניום שחותך בצורה עדינה יותר ויכול להשפיע חלקית בלבד על האיחוי ,דבר שהוביל ללידת זריקות הבוטוקס הקוסמטיות. מסלול הסידן וחלבוני הסידן למעט השפעתו על תהליך השחרור ,סידן אחראי גם על קצב המיחזור והחזרת הוזיקולות לממברנה. תהליכים אלו נעשים על ידי חלבונים הרגישים לסידן .אחד מהם הוא הסינפטוטגמין ,היושב על הוזיקולה עצמה ומסוגל לקשור סידן לצורך הפעלה .לחלבון יש שני דומיינים לקישור סידן המכונים .C2אתרים אלו מאפשרים ליצור מבנה לקישור ארבע מולקולות סידן בעזרת חומצות אמינו אספרטאט. עובדה זו מסבירה את התלות של השחרור בסידן :התלות נמצאה כפרופורציונית לריכוז הסידן בחזקת .3-4 שקופית 17 ההנחה היא שהסינפטוטגמין ,עם שני אתרי C2שלו ,קושר סידן ואז נכנס לתוך הממברנה התאית ,מכווץ ומושך את כל הוזיקולה כלפי מטה וכך מאפשר את האיחוי .קצות החלבונים משוערים כגורמים לעקמומיות בממברנה עקב הפרעה מרחבית ולכן מזרזים את האיחוי .אולם קשה למדוד את התהליכים האלו קינטית והמסקנות האלו נובעות מניסויים קינטים רבים )שלא יפורטו( .כן נמצא שהחלבון קושר, נוסף לסידן ,גם חלבוני ה SNARE-וליפידים .מכאן שיש לו כל התכונות לחלבון קושר-סידן שייקשר ל SNARE-במקום הנכון ולהביא לאיחוי. תרשים בשקופית 18 בניסוי בו יצרו עכברי KOלסינפטוטגמין ,נמצא שלא מתקבלים EPPבחיה המוטנטית ) (Bלעומת העכבר הרגיל ) (Aומה שכן מתקבל הוא מעין mEPPבאיזור זמן הגירוי ,ללא שחרור מסונכרן. שקופית 19 חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , נושא :13חלבוני הסינפסה 161 ניתן גם ליצור סינפסות עם חלבוני סינפטוטגמין מוטנטים בחומצות האמינו אספרטאט הקושרות את הסידן; בניסויים אלו ניתן להראות שינוי של התלות בין שחרור הוזיקולות לסידן ואת הקשר של סינפטוטגמין לתלות זו. קבוצה שניסתה לבצע הערכה לכמות החלבונים המעורבים בוזיקולה ,בידדה וזיקולות ומהן את החלבונים שלהן; הם קיבלו מבנה וזיקולרי עמוס חלבונים – רבים ונוספים מעבר לכפי שתואר לעיל .אם זה המצב, עולה השאלה כיצד זה כלל עובר איחוי ממברנה לממברנה – כיוון שכמעט ואין ממברנה חשופה; קיימות עדיין שאלות בלתי פתורות בתחום. שקופית 21 הדגמת האנדוציטוזה התרשים מציג את תהליך האנדוציטוזה על ידי .Clatrinהקלאטרין יוצר"כלוב" סביב הממברנה שגורם להנצת הוזיקולה עד לניתוקה ושחרורה מהממברנה ,אז היא מתפשטת ממעטפת הקלאטרין .בתהליך מעורבים חלבונים רבים נוספים – ביניהם דינאמין ואנדופילין.I- שקופית 23 כאשר ביצעו מוטציות בשני החלבונים הנ"ל ,ניתן היה למצוא שקיעות ממברנליות מסויימות; ממצא זה מראה שהמוטציה תוקעת את תהליך יצירת ה"כלוב" ) .(Endoiphilin-Iלעומת זאת אם נמצאים וזיקולות המחוברות בחוד סיכה ניתן להבין שהחלבון המוטנט אחראי לתהליך ה pinching-שמנתק סופית בין הוזיקולה לממברנה ).(Dynamin שקופית 25 בשלב הבא נתנו גירויים בתדר גבוה ל NMJ-עם מוטנטים לכל אחד מהחלבונים הנ"ל ,ובדקו את התגובה הפיזיולוגית – ולא המורפולוגית .גירוי בתדר גבוה אמור לגרום לדיפרסיה סינפטית לאורך ציר הזמן; כעת בודקים מה תהיה התגובה מבחינת יכולת השחרור בסינפסות עם המוטנטים. כאשר המוטציה הייתה באנדופילין התקבלה דיפרסיה מהירה יותר שנתקעה בערך קבוע – לא ניתן לגרום ל- Depletionמלא של התגובה .לעומת זאת בניסוי עם מוטנט דינאמין הריקון היה אומנם מעט יותר איטי מאשר עם אנדופילין ,אולם הגיעו ל depletion-מלא. שקופית 26 בסינפסה הבאה סומנו וזיקולות המאגר הכללי )צהוב( והוזיקולות המוכנות לשחרור )ירוק( .במוטנט לאנדופילין ,נמצא שמספרן אינו משתנה; מכאן שכנראה הן עוברות מעין – Kiss and Runתהליך המאפשר להן לעבור ריקון ומילוי מחדש .מכאן שלמיחזור לצורך Kiss and Runאין צורך באנדופילין. לעומת זאת הדינאמין חיוני לתהליך של ,KnRומשום כך ניתן היה להגיע ל depletion-מלא .לא ניתן למלא וזיקולה שלא יכולה להיסגר לחלוטין .יחד עם זאת ,וזיקולות שלא עברו KnRאלא איחוי מלא אינן יכולות לעבור מיחזור ללא אנדופילין. שקופית 27 החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 162 נושא :14פלסטיסיות סינפטית תא נוירון מבצע אינטגרציה של מידע ממספר סינפסות על מנת לקבוע האם יעביר סיגנל הלאה או לא; תכונה זו מכונה ,Neuronal Computation והיא למעשה טרנספורמציה של מספר קלטים סינפטיים לפלט נוירונלי אחד. תא עצב כלשהו מקבל קלטים ממספר מאוד גדול של סוגי סינפסות :על נוירון אחד יכולות להיות 1,000- 10,000 סינפסות מגוונות – אקסיטטוריות, אינהיביטוריות או מודולטוריות .השאלה האם התא יגיב לקלטים או לא תיקבע בהתאם לרצפטורים שלו, ומכאן ניתן להבין שהתא מסוגל לייצר מגוון מאוד רחב של רצפטורים בהתאם לסינפסות הנקשרות אליו. יחד עם זאת ,על פי רוב ,נוירון בודד משחרר סוג נוירוטרנסמיטור יחיד. יחד עם זאת תועדו בספרות מקרים בהם תא אקסיטטורי הפך לאינהיביטורי ,למשל ,מכאן שהוא שינה את סוג הנוירוטרנסמיטור שהוא משחרר. הגדרות של סינפסות אינהיביטוריות ואקסיטטוריות סינפסה אקסיטטורית סינפסה אינהיביטורית גורמת לעירור של המערכת. גורמת לעיכוב של התאים. משנה את פוטנציאל הממברנה לכיוון הסף הדרוש על פי רוב ,משנה את פוטנציאל הממברנה הפוך מהסף ליצירת .APאין זה אומר שבהכרח היא ליצירת .APפעולתה גורמת ליצירת .AP גורמת להיפר-פולריזציה. יונים מעורבים :אשלגן וכלור. יונים מעורבים :נתרן ,אולי סידן. נמצאות לרוב בקישור של אקסון-דנדריט ) (aומעט נמצאות בעיקר על הטרמינל של אקסון אקסיטטורי )) (cלמרות שיכולות להיות גם על גוף התא(. על גוף התא ).(b בצורה זו מתקבלת אינהיביציה של אתר שחרור הנוירוטרנסמיטורים האקסיטטורים. יש לציין שמספר תעלות הנתרן בעץ הדנדריטי מאוד קטן; מכאן ששינוי המתח שנוצר בעץ הדנדריטי צריך להיות מועבר לאיזור ה Hillock-של הנוירון על מנת שיופעלו תעלות נתרן תלויות מתח ויווצר .AP סינפסות אקסיטטוריות לרוב ממוקמות על גבי – synaptic spinesבליטות באיזור הדנדריט אליהן מתחבר הטרמינל של האקסון האקסיטטורי .המבנה אינו מאורגן כמו בתמונה – יש הבדלים במיקום, חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , נושא :14פלסטיסיות סינפטית 163 בעובי הבליטה ,ובעובי הצוואר של השלוחה. תכונות אלו משנות את התגובה לסינפסה :בצוואר עבה של השלוחה סיגנל הנתרן ,המועבר לגוף התא באופן פאסיבי ,יידעך פחות מאשר סיגנל העובר בצוואר צר. • בהפעלת סינפסה אקסיטטורית ומדידת השינוי בתא הפוסט-סינפטי ,נמדדת דה- פולריזציה .שינוי מתח זה מכונה ,בסינפסה של הEPSP (excitatory post- ,CNS- ).synaptic potential • בהפעלת סינפסה אינהיביטורית תימדד היפר-פולריזציה בתא הפוסט סינפטי, המכונה IPSP (inhibitory post-synaptic ).potential ריכוזי הכלור מחוץ ובתוך התא דומים לאלו של אשלגן אולם הפוכים )בעיקר נמצא בחוץ ,ולא בפנים(; אולם ,מכיוון שיש לו מטען הפוך לזה של אשלגן, פוטנציאל ההיפוך שלהם דומה .מכיוון שיש מפל ריכוזים חזק מאוד ,פתיחת תעלות כלור גורמות לכניסה לתוך התא )שפוטנציאל הממברנה שלו הוא (-60עד לפוטנציאל ההיפוך )שהוא בערך .(-70 ריכוז הכלור מחוץ לתא קשה לשינוי ,מכיוון שיש שם כמויות נוזלים גדולות מאוד; אולם הריכוז התוך תאי יכול להשתנות בצורה קיצונית – בין .10-30 mMבמהלך ההתפתחות למשל ,הריכוז הוא ;30mM גם בפעילויות קיצוניות של המוח – כמו בהתקף אפילפטי – הריכוז משתנה .העלייה בריכוז הכלור בתוך התא גורמת לעלייה בפוטנציאל ההיפוך – מ (-70)-ל .(-50)-במצב כזה ,פתיחת תעלה אינהיביטורית דווקא גורמת ליציאה של כלור מהתא – כך שהסינפסה האינהיביטורית תהפוך לאקסיטטורית .חומרים כמו ואליום ואתנול נקשרים באתרי קישור של הרצפטור ה ,GABAergic-וגורמים לפעילות תדירה יותר של פתיחת התעלה .ברגע שיש יותר אינהיביציה ,בעיקר במסלולים הקשורים לכאב ועקה ,יש רגיעה של המערכת. בסינפסה אקסיטטורית נפתחים רצפטורים )למשל לגלוטמאט( המוליכים פנימה נתרן; אולם יש להבחין בין הזרם הסינפטי לבין שינוי המתח הסינפטי )שהוא ה .(EPSP-שינוי המתח נגרם כתוצאה מEPSC - ) .(evoked post-synaptic currentהזרם גרם לדה-פולריזציה .הזרמים הרבה יותר קצרים משינוי המתח שהם מעוררים – אשר עולה לאט ודועך לאט .באופן דומה ישנם זרמים ומתחים של סינפסה אינהיביטורית )המזרימה יונים דוגמת אשלגן היוצא החוצה או כלור הנכנס פנימה(. שקופית 11 סינפסות NMJהינן בעלות יעילות גבוהה – כל APגורם לכיווץ של השריר .לעומת זאת ,סינפסות ה- CNSאינן כה "יעילות" – נדרש ירי סימולטני על ידי 50-100נוירונים על מנת ליצור APבנוירון פוסט-סינפטי .היעילות הינה פונקציה של כמות רצפטורים ,סוגי סינפסות ,מבנה ה spines-וכדומה. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 164 הפוטנציאל הסינפטי דועך לאורך הדנדריט; מכאן נובעת היעילות הנמוכה – לאורך הדנדריט יש מעט תעלות נתרן ,בגוף התא מעט יותר וקביעת היווצרות ה AP-נעשית ב ,Axon Hillock-שם נמצא ריכוז גבוה של תעלות נתרן .מכאן שאם שינוי המתח הנוצר על ידי הסינפסות שבדנדריט ובגוף התא יישרוד עד ה ,Axon Hillock-הוא יצליח לגרום ;APעל מנת שהוא יישרוד את המסע – נדרשים מספר גירויים על ידי מספר נוירונים כאשר תרומתו של כל אחד נמוכה אך פעילותם המשותפת מספקת את הצורך ליצירת ה.AP- סומציה – סכימה של גירויים ישנם שני סוגי סכימה: • סכימה טמפורלית – נקבעת לפי תדר הירי של נוירון פרה-סינפטי בודד .בתדירויות ירי גבוהות, הדה-פולריזציה החדשה מתחילה לפני שהקודמת דעכה ובצורה זו שינוי המתח נצבר וגדל .סכימה בזמן היא חיבור של EPSPsשנוצרו באותה הסינפסה .תופעה זו יכולה להתרחש רק בתדירויות ירי גבוהות ,כשהזמן בין גירויים הוא 1-100מילישניות .מכיוון שהדה-פולריזציה נגרמת עקב הפעלת רצפטורים של גלוטמאט שמכניסים נתרן ,הרי שגירויים ראשונים לא יהיו בעלי אותה תרומה כמו גירויים אחרונים – ככל שהמתח עולה ,הכוח המניע של הנתרן ק ֵטן והזרם נטו קטן. • סכימה ספטיאלית – נקבעת לפי מספר הגירויים שניתנים בו-זמנית על ידי מספר נוירונים פרה- סינפטיים .סכימה במרחב היא חיבור EPSPsשנוצרו סימולטנית במספר סינפסות .גם כאן חשוב שמרווחי הזמן בין ההפעלה של הסינפסות השונות יהיה קצר ,כדי שהפוטנציאלים לא יידעכו. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , נושא :14פלסטיסיות סינפטית 165 מלבד משך הזמן בין הגירויים ,החשוב לסומציה הטמפורלית ,הסומציה תלויה בקבוע הזמן של הסינפסה המשפיע על קצב הדעיכה של המתח .ככל שקבוע הזמן ארוך יותר כך ניתן לאפשר פרקי זמן ארוכים יותר בין הגירויים .מנגד ,קבוע זמן איטי יותר משמעו גם טעינה איטית יותר. • • קבוע הזמן קובע את יכולת הסכימה בזמן .הדבר נכון ,במידה מסויימת ,גם לסכימה במרחב. קבוע זמן גדול דורש זמן רב יותר לפריקת הממברנה ולכן יש הסתברות גבוהה יותר לסומציה יעילה יותר. הפעלה אקסיטטורית ואינהיביטורית סימולטנית כאשר סינפסה אינהיביטורית גורמת לשינוי מתח ,הסיגנל דועך לאורך הדנדריט עד שהוא מגיע לגוף התא; אולם אם בו זמנית מופעלת גם סינפסה אינהיביטורית ,הקרובה יותר לגוף התא ,היא מעודדת בריחה של היונים האקסיטטורים ולכן מקטינה את הסיגנל המגיע בסופו של דבר אל גוף התא. סינפסות אינהיביטוריות מסוגלות לבצע – Active Inhibitionהיפר-פולריזציה של המערכת .זהו מצב של סינפסה המכניסה יוני כלור עד לפוטנציאל היפוך הנמוך ממתח המנוחה של הממברנה .לעומת זאת, במצב בו פוטנציאל ההיפוך של כלור שווה למתח המנוחה של הממברנה לא יהיה שינוי של מתח הממברנה – אולם זו עדיין נחשבת אינהיביציה )Silence/ Shunting inhibition or Short- .(Circuitingהסינפסה הזו אינה גורמת לשינוי במתח הממברנה אולם היא שינתה את המוליכות של הכלור :כעת התא יותר Leakyולכן אם מנסים ליצור בו סיגנל אקסיטטורי נגרמת דה-פולריזציה המנוטרלת במהירות בהיפר-פולריזציה יעילה הנובעת מהחדירות הגבוהה של כלור .האינהיביציה השקטה מורגשת רק בעת אקסיטציה ,שכן היא מעלה את כושר ההיפר-פולריזציה בתנאי דה- פולריזציה אולם לא במתח מנוחה. האינהיביציה יכולה להיות במיקומים שונים ובזמנים שונים – ודברים אלו משפיעים רבות על יכולת האינהיביציה של הסינפסה האינהיביטורית .במצב בו הסינפסה האינהיביטורית היא אקסו-סומטית )על גוף הנוירון הפוסט-סינפטי( ,ופועלת עם סינפסה אקסו-סומטית אקסיטטורית ,התזמון יכול להשפיע באחת משתי דרכים: • אם ההפעלה של שתי הסינפסות היא בו זמנית ,הן יכולות לבטל אחת את השנייה )בהנחה שהן באותו גודל ,דבר שלרוב אינו קורה(; • אם ההפעלה האינהיביטורית מעוכבת אחר האקסיטטורית ,הדבר יגביר את הירידה של הפוטנציאל הסינפטי האקסיטטורי .דבר זה משפיע על היכולת לסומציה – הסומציה תיקטן. אם הסינפסה האינהיביטורית הינה סינפסת אקסו-אקסון ,ההשפעה שלה תהיה שונה. יש תפקיד חשוב מאוד למיקום ,לתזמון ולחוזק ההפעלה של הסינפסה האינהיביטורית. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 166 נושא :15מערכת הראייה אפשר להסתכל על מערכת הראייה בצורה מופשטת כמצלמה – המכילה עדשה שמקרינה את תמונת העצם על הרשתית כשם שעדשה המצלמה מקרינה את התמונה על הפילם .יחד עם זאת כאן הדמיון נגמר: מערכת הראייה עושה אינטגרציה והשלמות של תמונות וקווים על סמך ידע מוקדם ,רישות שקיים במוח. תחנות מערכת הראייה מערכת הראייה כוללת שלוש תחנות מרכזיות: העין מהעין יוצא עצב הראייה .מכילה את הפוטורצפטורים ברשתית ,בחלק האחורי של העין ,שם מתחיל תהליך עיבוד המידע של האור הנכנס דרך האישון והעדשה. מבנה הרשתית הפוטורצפטורים נמצאים בשכבה התחתונה ביותר )מתוך שלוש( של תאי הרשתית .מכאן שהאור צריך לעבור את שתי שכבות התאים האחרות .לאחר הפגיעה בפוטורצפטורים הם מתמירים את סיגנל האור לסיגנל כימי ואז חשמלי ומעבירים את האות לתאים ביפולריים בשכבה השנייה של הרשתית; התאים הביפולריים מעבירים את המידע לתאי הגנגליאון בשכבה הראשונה ומוציאים את האינפורמציה מהעין לתלמוס .מעבר לתאים אלו יש תאים מתווכים רבים המחברים הוריזונטלית בין התאים הביפולריים או הגנגליאונים ויוצרים אפשרות לעיבוד אינפרמציה כבר ברמת הרשתית ,יצירת שדות ראייה בגדלים שונים ודטקציה של תנועתיות. הפוטורצפטורים ישנם שני סוגים של פוטורצפטורים) Rods & Cones :קנים ומדוכים(: • הקנים רגישים יותר לאור וקולטים אור ברמות נמוכות – מאפשר ראיית לילה טובה .יש הרבה יותר קנים ממדוכים. • מדוכים – פחות רגישים לאור אבל מאפשרים ראיית צבע וראיית יום .הרגישות לצבע נובעת מחלבוני אופסינים שונים – המסוגלים לקלוט קרינה בתדרים של אור ירוק ,כחול או אדום. אופסינים הם חומרים שקולטים אור באורכי גל שונים ומפעילים קסקדה של שליחים שניוניים בתגובה. חדות תמונה – הFovea- איזור ה fovea-של הרשתית הוא המכיל את ריכוז הפוטורצפטורים הגדול ביותר )הריכוז משתנה ברחבי הרשתית( ,המאפשר ראייה חדה .באיזור זה יש צפיפות גדולה מאוד של מדוכים הצמודים אחד לשני ,כך חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , נושא :15מערכת הראייה 167 שניתנת יכולת הפרדה במרחב של האור הנופל על ה .Fovea-מכאן שיכולת ההבחנה בפרטים קיימת עבור המרכז של התמונה בלבד. הייחודיות של ה Fovea-המקנה את חדות התמונה נובעת ממעין ִמפתח בשתי השכבות האחרות של התאים ,כך שהאור אינו נשבר על שכבות התאים הביפולריים והגנגליאונים .בבחינת הפיזור של הקנים והמדוכים ,יש יותר מדוכים באיזור זה לעומת ריכוז גבוה יותר של קנים באיזור הפריפריה של הרשתית. ריכוז המדוכים הגדול מאפשר רזולוציה טובה יותר של התמונה – כמו תכונת הפיקסלים שנקלטים על ידי מצלמה דיגיטלית .הריכוז הגבוה מאפשר קליטה של נקודות אור שונות בתאים שונים המתחברים כל אחד לתא גנגליאוני אחד; לעומת זאת בפריפריה מספר פוטורצפטורים מקושרים לאותו תא גנגליאון ולכן יש פחות הפרדה מרחבית. יכולת ההפרדה המרחבית ) (spatial resolutionבאיזור מרכז הראייה גדול יותר מאשר בפריפריה. שדה רצפטיבי שדה רצפטיבי הוא שדה נקודות האור הנקלט על ידי תא גנגליאוני מסויים; לתא גנגליאוני שקשור למספר פוטורצפטורים יש שדה רצפטיבי גדול יותר מאשר לתא גנגליאוני שקשור לפוטורצפטור יחיד .השדה הרצפטיבי גדל ביחס הפוך לרזולוציה .ככל שהשדה הרצפטיבי גדול יותר יכולת ההפרדה בעקרון תהיה נמוכה יותר. השדות הרצפטיביים בעין הינם מעגליים ,בשל מבנה של תא פוטורצפטור אקסיטטורי הנמצא בטבעת של תאים אינהיביטורים – שתפקידם לעכב את הסיגנל המדיע לתא הגנגליאון .השדות הרצפטיביים בנויים מאיזור מרכזי אקסיטטורי ופריפריה אינהיביטורית .תא הגנגליאון יורה בתדר נמוך באופן טבעי; כאשר מפעילים אור במרכז בלבד ,קצב הירי גדל שכן מופעלת אקסיטציה .אם האור נופל על הפריפריה בלבד ,התדר ייקטן עד הפסקה .אם התאורה נופלת בשני האיזורים תהיה אינטגרציה והתגובה תהיה בהתאם– בתלות בשאלה איזה אות חזק יותר. תכונה זו מאפשרת להבחין בקונטרסט – אור וחושך מופרדים בתוך השדה הרצפטיבי. • תאי הרשתית מגיבים בצורה הטובה ביותר לנקודות אור. • השדות הרצפטיביים מעגליים ומתוקף כך מאפשרים הפרדה יעילה של קונטרסט. • התגובה של תא גנגליאוני /ביפולרי תלויה ברמת האקסיטציה לעומת האינהיביציה שמגיעה לתא .האינהיביציה נעשית על ידי תאי האמקרין המתווכים בשכבה התאים הגנגליאונים. נוירונים בעלי סלקציה כיוונית במערכת זו יש שלוש שכבות של תאים – פוטורצפטורים ,תאים ביפולריים ותאי גנגליאון שמעבירים את הסיגנל למוח .בנוסף נמצאים תאי אמקרין היוצרים אינהיביציה על סינפסות תאי הביפולר-גנגליאון. סינפסות אקסיטטוריות מסומנות במשולש ואינהיביטוריות בעיגול; סינפסה פעילה צבועה וסינפסה לא- פעילה לבנה. כאשר העצם זז משמאל לימין ,הסיגנל מועבר אל התא הגנגליאוני דרך סינפסה אקסיטטורית; העצם ממשיך לנוע ימינה ,נקלט על ידי פוטורצפטור נוסף ,אשר מעביר הפעם את הסיגנל לתא אמקרין החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 168 אינהיביטורי ,שמעכב את הסינפסה של התא הביפולרי הראשון לגנגליאון .יחד עם זאת ,בשל התזמון, האינהיביציה שהגיעה לא הספיקה לעכב את המידע. לעומת זאת ,אם העצם היה זז מימין לשמאל ,הסיגנל היה מגיע לקודם לפוטורצפטור השני ולכן עיכוב הסינפסה הבאה יתרחש לפני שהירי ממנה יתחיל .בצורה זו ,כאשר העצם ימשיך לנוע שמאלה ,הוא יפעיל פוטורצפטור אך הסיגנל יגיע לסינפסה שכבר עברה עיכוב ולכן המידע לא יעבור לתא הגנגליאוני. העצב האופטי באיזור ממנו יוצא עצב הראיה אין פוטורצפטורים; זהו איזור ה"שטח המת" של העין .הנקודות נופלות בשני איזורים שונים בכל עין ,ולכן כאשר מסתכלים בשתי העיניים לא חסרות נקודות בתמונה – אולם תופעה זו מתרחשת כאשר עוצמים אחת מהעיניים. כאשר מסתכלים בשתי העיניים ,איזור המיקוד הוא האיזור שנופל על שתי ה foveas-כך שמתאפשרת ראיה בינוקולרית טובה עם שתי העיניים .לרוב ,החלק השמאלי של הרשתית קולט את צד ימין של התמונה ואיזור ימין קולט את התמונה השמאלית; התווך נקלט על ידי שתי העיניים .השטח המת של עין אחת ניתן לראייה על ידי העין השנייה בלבד .באיזורים אלו יש ראייה מונוקולרית עם עין אחת בלבד. השטח המת הזה נוצר בשל חסימת הראייה על ידי האף. מכיוון ששדה הראייה הימני נופל על החלק השמאלי של הרשתית וההיפך ,האינפורמציה שמגיעה מכל אחד מחלקי הרשתית הלאטרלים מועברת להמיספרה המתאימה – כאשר מעין אחת הוא מועבר לאותה המיספרה ומעין שנייה הוא הולך להמיספרה נגדית )ראו איור( .ההתפצלות הזו היא הכיאזמה האופטית המובילה את קצות העצבים האלו לתלמוס. במחקרים לבדיקת השטחים המתים ,הזריקו וראו שהאינפורמציה מהעין מגיעה לשכבה מסויימת בתלמוס. האינפורמציה מהעין השנייה מגיעה לשכבה אחרת .האינפורמציה ברמה של התלמוס עדיין מופרדת בין שתי העיניים ואינה יוצרת ראייה מרחבית. • • • אם תאי הרשתית מגיבים לנקודות אור. השדות הרצפטיביים הם מעגליים והשדות הרצפטיבים של ה LGN-גם הם מעגליים. השדות הרצפטיבים המגיעים אל הקורטקס הינם מעגליים. כל השדות הרצפטיביים הם מעגליים ,כיצד מזוהים קווים? במערכת הבא ישנם שלושה תאים ,לכל אחד מהם שדות רצפטיבים משלו הנמצאים אחד ליד השני .אם ייפול קו על שלושת התאים ,סביר להניח ששלושתם יופעלו )כי הקו עובר במרכז השדה הרצפטיבי של כל תא( .האינפורמציה מועברת לLGN- אל שלושה תאים נפרדים במערכת מעגלית .ברגע שהמידע יגיע לקורטקס של התלמוס ,שלושת תאי התלמוס יעבירו את האינפורמציה לתא אחד בודד ,המכונה ;simple cellתא זה יכול לבצע סכימה מרחבית של התגובות .האינפורמציה הנסכמת מזהה שמדובר בקו ולא בנקודת אור. אולם מה אם הקו מוטה ,כך שהוא לא נופל במישרין על שלושת התאים? כאשר הזווית משתנה הקו יושב על רמות שונות של שדות אקסיטטורים ואינהיביטורים .הזוויות השונות ,כך הניחו ,מורגשות על ידי תאים שונים בקורטקס .כאשר בדקו את התגובה של הקורטקס נמצא באמת שיש תאים שונים הרגישים חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , נושא :15מערכת הראייה 169 לקווים בזוויות שונות .הארגון הזה לזוויות הקו ,יחד עם הארגון לפי עין ימין ועין שמאל ,יוצר מודול קורטיקלי שתפקידו לעבד את אינפורמציית הזוויות והצבעים המתקבלים משתי העיניים. ההבנה של העולם יכולה להיעשות על ידי הקווים בלבד – שכן המוח מזהה קווים .כל האינפורמציה קיימת בקווים פשוטים ומערכת הראיה עושה אינטרפרטציה של הקווים ליצירת התמונה והקונטקסט. בניסוי MRIשבו הראו לנבדקים את הסרט "הטוב ,הרע והמכוער" הראה שבהתאם לסוג התמונה – נופים ,פרצופים וכדומה – מופעלים איזורים שונים בקורטקס הראייה .אולם בנוסף לכך ,הופעלו קורטקסים נוספים – כמו קורטקס חוש המישוש .כשבדקו איזה פריים בסרט הפעיל איזורים אלו נמצא שהפעולה בסרט הייתה פעולת שימוש בידיים – כמו גלגול סיגריה או הטענת כדור .מכאן שהצפייה בפעולה ,גם במצב פסיבי לחלוטין ,גורמת להפעלה של הקורטקס הרלוונטי. התלמוס המכיל את הגרעין ).LGN (lateral genicluate nucleus • קורטקס הראייה הראשוני – הממשיך לקורטקסים גבוהים יותר לעיבוד תמונות ,פרצופים ,מרחבים וכדומה. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011-2012 , חמוטל בן דב
