Visual Processing By The Retina

(Görüntünün retinada işlemlenmesi)

Görsel algı retinada başlar ve 2 basamaklı oluşur. Korneadan giren ışık, gözün arka tarafına doğru gider, retinadaki özelleşmiş duyu organları tarafından elektriksel sinyale çevirilir. Bu sinyaller optik sinirle yüksek merkezlere gönderilir. Bu alanlarda işlemlenme algı için gereklidir. Bu konuda görsel sinyalin retinada işlemlenmesi, şekil renk ve hareketin yüksek merkezlerde nasıl işlemlendiğinin açıklanmasıda sonraki 3 konuda tartışılacaktır.

            Retina birkaç nedenden dolayı dikkatle incelenmiştir:

1-       duysal iletiyi anlayabilmek için

2-      retina periferde bulunduğu halde merkez sinir sisteminin basit bir parçasıdır. Bu yüzden bu alandaki işlemlemeyi anlayıp merkez hakkında fikir yürütebiliriz.

Işleyeceğimiz konu 2 bölümden oluşmaktadır.

1-       fotoreseptörler ışığı nasıl elektrik enerjisine çevirirler.

2-      Bu bilginin beyne gönderilmeden önce retinadaki nöronlar tarafından nasıl şekillendirildiğidir.

 

Gözün reseptör tabakası retinada bulunur.

Korneadan geçen ışık lens ve humör vitreusu geçerek retinaya ulaşır. Retina pigment tabakasının önünde bulunur. Pigment epiteli siyah pigment melanin ile doludur. Bu tüm ışığı emip yeniden retinaya yansımasını önler.(26-1)

Şekil 26-1

      Fotoreseptörler pigment epiteline komşu olarak bulunduğu için retinanın diğer hücreleri fotoreseptörlerin üzerinde yani lense doğru olarak yerleşmiş bulunur. Bu yüzden ışık fotoreseptörlere ulaşmadan önce diğer katlardan geçmek zorundadır. Nöronlar miyelinsiz ve kısmen transparan olduğundan ışığın geçişine izin verirler. Ama yinede foveada özelliklede fovealada yukarıdaki katlarda yana doğru bir kayma vardır. Bu alan keskin görüşün oluştuğu yerdir. Optik sinirin retinayı terk etttiği yer ise fotoreseptöre sahip değildir. Görme alanında skotom oluşturur. Görme alanının merkeze iletilmesi 27. konuda aktarılacaktır.

Iki tip reseptör vardır: basiller ve koniler

Koniler gündüz görmeden sorumludurlar. Fonksiyonlarını yitirmelerinde kişide körlük oluşur. Basiller ise gece görüşünden sorumludurlar. Total kayıplarında sadece gece körlüğü oluşur . Basiller ışığa çok duyarlıdırlar, bu yüzden loş ışıkta iyi fonksiyon görürler fakat ayni miktar ışık konileri uyarmaya yetmez.

Koniler az ışığı saptamak hariç görme işinde basillerden daha iyidirler. Renkli görme  ve rezolüsyonu daha iyi görme ile hareketi algılamayı sağlayan hızlı yanıt özelliğine sahiptir. Basil ve koni farkları tablo 26-1’de özetlenmiştir.

Basiller

Koniler

Işığa duyarlılığı yüksektir, gece görüşü için özelleşmiştir.

Işığa duyarlılığı düşüktür, gün-düz görüşü için özelleşmiştir

Daha çok ışığı yakalayabilmek için, fotopigment miktarı yüksektir

Fotopigment miktarı düşüktür

Amplifikasyon özelliği yüksektir. Tek fotonu saptayabilir.

Amplifikasyon özelliği düşüktür.

Gün ışığında satüre olur

Sadece yoğun ışıkta satüre olur

Noktasal ışığa daha duyarlıdır

Eksensel ışınlara daha duyarlıdır.

Yavaş yanıt, uzun bütünleştirme zamanı

Hızlı yanıt, kısa bütünleştirme zamanı

Ardışık ateşlemeler yavaş

Ardışık ateşlemeler hızlı

Basil sistemi

Koni sistemi

Yavaş çalışır

Hızlı çalışır

Retinada yaygındır foveada bulunmaz

Foveada yoğun bulunur, retinanın diğer alanlarında giderek azalır.

Renksizdir.

Bir tip basil pigmenti vardır.

Renk görmeden sorumludur.

3 tip koni vardır. Her koni pigmenti görünür ışığın farklı dalga boyuna hassastır.

 

Basiller loş ışığı saptar

Basiller konilerden daha çok ışığa duyarlı görsel pigment içerirler. Belki daha da önemlisi, basiller ışık sinyalini arttırırlar. Bir basilde bir tek foton bile saptanabilir, elektriksel yanıt oluşturabilir. Aksine konilerde benzer yanıtı oluşturabilmek için onlarca yada yüzlerce foton gerekir. Pek çok basil ayni internöronda (bipolar hücre) sinaps yapar. Böylece basillerin yanıtı biriktirilir, birbirlerini güçlendirmesi yanıt süresini arttırması sağlanarak beynin loş ışığı saptama yeteneği arttırılmış olur. Zıt olarak, daha az sayıda koni bir bipolar hücrede konverjans yapar. Aslında foveolada bulunan küçük çaplı koniler yakın yakın yerleşmişlerdir ve hiç konverjans yapmazlar. Yani her bipolar hücre girdisini bir koniden alır.

Koniler renkli görmeye aracılık ederler.

            Herbiri ışık spekturumunun farklı bir parçasına hassas görme pigmenti içeren 3 tip koni vardır. 29. konuda da göreceğimiz gibi beyin renge ait bilgileri bu 3 tip konunun yanıtlarının karşılaştırılmasından elde eder. Aksine basiller 1 tip pigment içerir ve bu yüzden farklı dalga boylarındaki ışığa aynı yanıtı oluştururlar.

Basiller 20/1 oranında konilerden daha fazla olmasına rağmen, koni sisteminin 2 nedenle rezolüsyonu daha iyidir: 1- Birçok komşu basil 1 bipolar hücrede konverjans yapar, bipolar hücre de basillerin yanıtlarının farkının ortalaması yanıt oluşturur.  2- Koniler foveada yoğunlaşmıştır, fovea görüntünün en az bozulduğu yerdir.

            Fotoreseptörler diğer duysal reseptörler gibi aksiyon potansiyeli üretmezler. Bunun yerine membran potansiyelinde dereceli değişiklikler ile ışığa yanıt veririler. Basiller 100ms’lik aralık boyunca tüm fotonların absorbansının etkilerini bir araya topladığından yavaş yanıt verirler. Ama aynı durum basillerin küçük miktarda ışığa yanıt vermesinide sağlar. Fakat yaklaşık 12 Hz’ten daha hızlı titreşen ışığın çözümlenmesini önler. Koni yanıtları çok daha hızlı olduğu için 55Hz üzerinde bile titreyen ışığı saptayabilir.

Işık fotoreseptörlerdeki görme pigmentleri tarafından absorbe edilir.

            Basiller ve koniler 3 major fonksiyonel bölgeye sahiptir. (26-2)

1-        Dış seğment: retinanın dış yüzüne yerleşmiştir ve fototransdüksiyon için önemlidir.

2-       İç seğment: retinanın daha proksimaline yerleşmiştir. Hücre nukleuslarının bulunduğu ve biyosentezlerin yapıldığı yerdir.

3-       Sinaptik terminal: fotoreseptörler ile hedef hücrelerinin bağlantı yaptığı alanlardır.

Şekil 26-2

Basil ve konilerin dış segemnti ışığı absorbe eden görme pigmenti ile doludur. Her pigment molekülü , ışığı absorbe eden küçük bir molekül ile buna tutunmuş büyük bir membran içi proteinden oluşur. Basiller ve koniler bu proteinden çok sayıda (her hücrede 108 üzerinde ) içerirler, çünkü disk yapıları ile membran miktarları çok sayıda arttırılmıştır. Bu diskler plazma membranının bir seri invaginasyonuyla oluşmuştur. Konilerde diskler plazma membranı ile devam ederken, basillerde membrandan koparlar ve intrasellüler organeller haline gelirler.

      Diğer nöronlar gibi fotoreseptörlerde bölünmezler fakat dış segmentleri devamlı yenilenir. Yeni diskler çok süratli oluşturulur. Bir basilde her saat 3 yeni disk sentezlenir. Eski disk fotoreseptörün ucundan atılır ve pigment epitelinin fagositik aktivitesi ile uzaklaştırılır.

Fototransdüksiyon, fotoreseptörlerde 3 basamaklı biyokimyasal olaylar kaskadı sonunda oluşur.

Basilde cGMP ikinci haberci gibi hareket ederek bilgiyi ışığın absorbe edildiği, serbestçe yüzen disklerden sitoplazma bağlantısı ile plazma membranına iletir ve buralardaki iyon akımları değişir. Konilerde diskler plazma membranı ile devam ettiği için ikinci haberci sistemi gerekli değildir. Fakat cGMP bu hücrelerde de ayni şekilde kullanılır. CGMP-kapılı iyon kanalları, büyük oranda Na+ iyonunun hücre içine akışına izin verirler.

      Karanlıkta cGMP konsatrasyonu göreceli olarak yüksektir, Böylece cGMP_kapılı kanalların açık durması sağlanır. Böylece Na akımı ile hücre depolarize durumdadır. Fototransdüksiyon 3 basamakta oluşur:

1-       Işık, görme pigmentini aktive eder.

2-      Bu molekül cGMP fosfodiesterazı uyarır. Buda cGMP’yi yıkarak sitoplazmik konsantrasyonunu düşürür.

3-      cGMP konsantrasyonunda azalma, cGMP-kapılı kanalları kapatır. Böylece fotoreseptörler hiperpolarize olur.

Şimdi bu olayları basamak basamak inceleyeceğiz.

 

Birinci Basamak: Işık, fotoreseptörlerde pigment moleküllerini aktive eder.

 

Rodopsin =        opsin                +           retinal

            (Membran proteini)       (Avit’den üretilen ışığı

  absorbe eden bölüm)

şekil 26-3

Rodopsinin aktivasyonu ışığın absorbsiyonu ile başlar. Bu retinalın 11cis formundan all-tarns formuna geçmesidir. Bu reaksiyon görme sırasında gerçekleşen tek ışığa bağımlı basamaktır. Bu konformasyonal değişiklik ile retinal artık opsindeki bağlanma bölgesine uymaz. Bu yüzden opsinde konformasyonal değişiklik ile Metarodopsin II oluşur. Metarodopsin II ikinci basamağı tetikler.

            Metarodopsin II stabil değildir, dakikalr içinde opsin ve alltrans retinale ayrılır. Daha sonra all-trans retinal basilden pigment epiteline transfer edilir.  Pigment epitelinde all-transretinalve all-trans retinolden (A vit) 11 cis-retinal yapılır. 11 cis-retinal tekrar basile geçer. Bu maddelerden insanda sentezi yapılmayan all-trans retinol(A vit)dür. Eksikliğinde gece körlüğü oluşur. Tedavi edilmezse dış segmentlerin bozulmasına bağlı olarak total körlük oluşur.

            Primatlarda farklı dalga boylarında ışığa hassas 3 tip koni vardır. Koni pigmentleride 2 parçalıdır. 1-koni opsini (pr) 2- ışığı absorbe eden kısım (11-cis-retinal). Her koni pigmenti, koni opsininin farklı bir formunu içerir. Bu farklı opsinler 11-cis-retinal ile farklı şekillerde etkileşerek, görünür spekturumun özel bir parçasına çok duyarlılığın oluşmasına neden olur. 3 tip koninin varlığı insanda trivariant renk görmenin altında yatan nedendir.

İkinci basamak: Pigment molekülünün aktivasyonu cGMP’nin sitoplazmik konsantrasyonunu azaltır.

            cGMP konsantrasyonu iki enzimle kontrol edilir. cGMP quanilil siklaz ile GTP’den sentezlenir. cGMP fosfodiesteraz ile 5IGMP’ye yıkılır. cGMP fosfodiesteraz disk membranında periferik bir protein olarak yerleşmiltir. Karanlıkta çok hafif aktiftir. Bu yüzden cGMP miktarı yüksektir. Işıkla aktive edilince cGMP yıkılır ve konsantrasyonu düşer.

            Bir rodopsinin aktivasyonu her saniyede 105 molekül cGMP  hidrolizine yol açar. Aktive rodopsin disk membranına diffüze olur ve yüzlerce regülatör protein, transdusini aktive eder. Her bir transdusin 1 fosfodiesterazı uyarır. Bir fosfodiesteraz saniyede 103 cGMP’yi hidrolize edebilir. Bu kaskat, hormon yada nörotransmitterlerin reseptörlerinde oluşturduklarına benzer. Gerçekte basil ve koni opsinleride, G proteinle eşleşmiş reseptörlere yapısal olarak benzer. Üstelik transdusin trimerik Gprotein ailesinin bir üyesidir. Diğer G proteinlerde olduğu gibi guanin nükleotidleri ile etkileşimi gereklidir. İnaktif tarnsdusin gdp molekülünü sıkıca bağlar; disk membranında aktive rodopsin ile etkileşim nedeni ile transdusin GDP’yi GTp ile değiştirir ve kendisi aktive olur. Transdusin GTP’az aktivitesine sahip olduğu için kendine bağlı GTP’yi GDP’ye yıkarak inaktive olur.

            2 mekanizma ışık yanıtını sonlandırır:

1-       Açıklandığı gibi transdusin bağlandığı GTP’yi hidrolize ederek kendini inaktive eder.

2-      Rodopsin bir kez aktive edilince özel proteinkinazlar (opinkinaz) tarafından fosforilasyon için hedef haline gelirler. Fosforile rodopsin arrestin adlı özel regülatör protein ile etkileşerek, hızlı bir inaktivasyona neden olurlar.

 

Üçüncü basamak: cGMP konsantrasyonunda azalma, cGMP–kapılı iyon kanallarını kapatır Böylece fotoreseptörler hiperpolarize olur.

 

Şekil 26-4

 

Işık cGMP’de azalma yapar. Buda cGMP-kapılı kanalları kapatır. cGMP kanalın sitoplazmik yüzüne bağlanır. Kanalın aktivasyonu için en az 3 molekül birlikte bağlanmalıdır. Bunlar bulunan ilk siklik nükleotid bağımlı kanallardır ve retinal bipolar hücrelerde ve olfaktor nöronlarda da bulunur.

Işık uyaranının yokluğunda cGMP-kapılı kanallar içe akım ile fotoreseptörün depolarizasyona meyletmesini sağlar. Işığa bağlı kapanma bu akımı azaltır. Bu yüzden hiper polarizasyon oluşur. (Box 26-1)

Kutu 26-1

Karanlıkta foto reseptörde 2 olay dominanttır. Dış segmentte cGMP kapılı kanallardan Na+girişi, iç segmentteki kapısız seçici K + kanallarından K+ çıkışı. Bu K + kanallarından K + çıkışı fotoreseptörü K + denge potansiyeline (-70mV) doğru çekerek hiperpolarizasyon eyilimi yaratır. Fotoreseptörün stabil halini sağlamak için Na-K pompasının çalışması ile K + içe, Na + dışa taşınır (26-5A)

Karanlıkta sitoplazmik cGMP konsantrasyonu artar, böylece kanal açık durumda tutulurken, kanal akıma kararlı bir şekilde izin verir. Buna karanlık akışı denir (26-5B) Sonuçta karanlıkta fotoreseptörmembran potansiyeli –40 mv civarında olur. Nöronların çoğundan anlamlı bir biçimde depolarizedir. Işık cGMP miktarını azaltınca bu kanallardan Na + içe akışı azalır ve hücre hiper polarize olur (26-5C)

 

Fotoreseptörler ışık yoğunluğundaki değişikliklere yavaşça adapte olurlar.

Karanlıktan parlak gün ışığına çıktığımızda, ışık önce kör eder fakat birkaç saniye sonra gözler alışır. Karanlık bir tiyatro salonuna girdiğimizde yine gözler adapte oluncaya kadar yolumuzu göremeyiz. Karanlık ve aydınlığa adaptasyon gözde ve retinada pek çok değişiklik ile oluşur. Örn: pupilin büyüyüp küçülerek ışığı ayarlaması gibi. Retinada fotoreseptörlerde de 2 önemli değişiklik oluşur. Bunların biri ışığa diğeri karanlığa adaptasyondur.

            Işığa adaptasyonda konilerdeki ilk değişiklik membran potansiyelinin yavaşça düzelmesidir. Çok parlak bir ışık tüm cGMP-kapılı kanalları kapatır, koniler K denge potansiyeli olan –70 mV’a kadar hiperpolarize olurlar. Bu durumda koniler, ışık şiddetinde daha fazla artışa yanıt veremezler. Eğer bu aydınlanma devam ederse, koni membran potansiyeli –70 ve –40 mV arasında yavaşça depolarize olur ve artık daha yoğun ışığa yanıt verebilir durumdadırlar.  Ayni zamanda artık parlak ışıkta kör edici olarak algılanmaz. Işığa adaptasyon sırasında konilerde oluşan ikinci değişiklik reseptörlerin desensitizasyonudur. Zemindeki aydınlanmanın uzadığı sürece Weber yasalarına göre, zemin yoğunluğu ile orantılı olarak membran potansiyelindeki artış ile ışık yoğunluğundaki küçük bir artışı bile saptamak mümkün olur. Desensitizasyon ve membran potansiyelinin yavaşça düzelmesi gibi koni yanıtlarındaki değişikliklerin her ikiside Ca++ konsantrasyonundaki yavaş bir azalmaya bağlıdır. Bu azalma fototransdüksiyon yolunda birkaç proteinin fonksiyonunu etkiler. (Box 26-2

Kutu 26-2 Ca++ ve Işığa adaptasyon

Bu adaptif değişiklikler sırasında koninin dış segmentinde Ca++ konsantrasyonunda yavaş bir azalma oluşur.

Karanlıkta dış segmentte cGMP-kapılı Ca++ 1/7 oranında girer. Ca++ sabitliği dış membranda bulunan özel Ca++ taşıyıcıları tarafından Ca++ çıkışı ile sağlanır. Uzamış aydınlanma süresince cGMP-kapılı kanallar kapalıdır. Böylece Ca++ girişi azalmıştır. Bu sürede Ca++ çıkışının devam etmesi nedeniyle hücre içi Ca++ konsantrasyonu düşer.

Ca++ konsantrasyonundaki bu yavaş düşüş, palak ışığa verilen ilk hiperpolarizasyon yanıtının düzelmesine yol açar. Çünkü Ca++, quanilil siklazı (GTP®cGMP) inhibe eder. Böylece karanlıkta Ca++ seviyeleri göreceli olarak yüksek olduğundan quanilil siklaz kısmi olarak inhibe durumdadır. Düşürülen Ca++ konsantrasyonunun görme pigmentlerinin inaktivasyonunu hazırladığına inanılır. Düşük C++a konsantrasyonu cGMP-kapılı kanalların, cGMP’ye duyarlılıklarınıda azaltır.  Ca bu etkileri nedeniyle aynı sayıda cGMP-kapılı kapatmak için daha yoğun bir ışık uyaranı gerekir.

 

Retinanın yanıtları ganliyon hücreleri tarafından taşınır.

 

Işık tarafından fotoreseptörlerde oluşturulmuş olan sinyal, üst merkezlere gönderilmeden önce nasıl değiştirilip işlemlenir? Fotoreseptörler membran potansiyellerini ışığın derecesine göre değiştirmelerine rağmen ganliyon hücreleri bilgiyi aksiyon potansiyeli olarak taşırlar. Bu hücrelerin aksonları optik siniri oluşturur ve talamusun LGN ve superior kollikulus, pretektum ve diğer hedeflerine taşır. Fotoreseptörler ve ganliyon hücreleri arasında 3 sınıf inter nöron (bipolar, horizontal ve amakrin) bulunur (26-6). Bunlar yanıtları sadece taşımazlar, fotoreseptörlerden gelen sinyalleri kombine ederler ve daha sonra ganliyon hücrelerinde elektriksel yanıt oluşur.

 

            Ganliyon hücrelerinin reseptif alanı, bir merkez ve antagonist bir çevreden oluşur.  Ganliyon hücreleri karanlıkta bile asla sessiz değildir, fakat bu spontan aktivite retinal internöronlardan gelen verilerle modüle edilebilir. Ganliyon hücresinin girdisi retinadaki fotoreseptörlerden (reseptif alan) kaynaklanır. Ganliyon hücrelerinin reseptif alanı 2 önemli özelliğe sahiptir:

1-       Retina üzerinde küçük bir noktasal ışık, ganliyon hücresinin gagnlion hücresinin reseptif alanının özelliklerini anlamak için kullanıldığında, reseptif alanın düzgün dairesel olduğu kanıtlanır.

2-      Ganliyon hücrelerinin çoğunun reseptif alanı 2 bölüme ayrılır: merkez reseptif alan olarak adlandırılan yuvarlak bir merkez alan ve çevre olarak sismlendirilen onu saran bir alan. Ganliyon hücresi, reseptif alanın çevresinin yada merkezinin aydınlanmasına göre farklılaşmış yanıtlar oluşturur.

 

Reseptif alanlarının merkezine noktasal ışık uygulanmasına verdikleri yanıtlarına göre ganliyon hücreleri iki sınıfa ayrılabilirler (26-7). On center ganliyon hücreleri merkeze ışık verilince uyarılırlar. Çevreye ışık verildiğinde ise hücre inhibe olur. En etkili inhibitör uyaran yüzük tarzında olandır. Off-center ganliyon hücreleri, reseptif alanın merkezine ışık uygulandığında inhibe olurlar. Buna rağmen onların ateşleme seviyeleri ışık uzaklaştırıldıktan bir süre sonra artar; Bu merkeze uygulanan ışık kapatıldığında hücre uyarılır. Işık çevreye uygulandığında da uyarılma olur. Her iki tip hücreninde yanıtı çevreye yüzük gibi bir ışık uygulanması ile ortadan kaldırılır. Bu nedenle yaygın aydınlatma her iki nöron tipinde de çok az yanıt oluşturur. Tüm ganliyon hücreleri bu şekilde organize olmamıştır. Örneğin az sayıda gangliyon hücresi sadece çok yoğun aydınlanmaya yanıt verirler ve pupil refleksi için önemlidirler.

            On ve off center gangliyon hücreleri kabaca eşit sayılarda bulunurlar ve her fotoreseptör çıktılarını her iki tip nöronada gönderir. Böylece ganliyon hücreleri, görsel bilginin paralel olarak işlemlendiği 2 yol oluştururlar.Ek olarak reseptif alanlarının retina üzerindeki boyutları değişir. Primatların retinasında görmenin en iyi olduğu foveada, reseptif alanlar küçüktür, oysa retinanın periferinde reseptif alanlar büyüktür.

Görsel hayaldeki kontrastın ve hızlı değişikliklerin saptanabilmesi için ganliyon hücreleri özelleşmişlerdir.

Ganliyon hücrelerinde niçin merkez-çevre reseptif alanları vardır, on ve off center paralel yollar niçin vardır?

Ganliyon hücreleri üniform aydınlatmaya yavaşça yanıt verirler. Bunlar yoğun ışık çevreye yada merkeze ayrı olarak uygulandığında en iyi yanıtı oluştururlar. Bu yüzden diyebilirzki bu yapılar yoğun ışıktan çok  görüntüdeki kontrastı algılayabilirler.

Görme sahnesindeki en yaralı bilgiler, kontrast paternleri içerir. Bir nesnenin yansıttığı ışığın kesin miktarı göreceli olarak üniform değildir. Işığın yoğunluğu ışık kaynağı tarafından saptanır. Işık kaynağından nesneye gelen ışık ondaki kontrastları yok etmez. Bu yüzdende bu düzenleme bilginin saptanması için çok faydalıdır.

Renk ve parlaklığın saptanmasında nesnenin kesin ışık miktarına değil onun kontrastları hakkındaki bilgiye dayanır. Ayrıca nesne ve çevre arasındaki kontrastta etkili olabilir. Örn: aynı gri halka siyah zeminde beyazda olduğundan daha parlak algılanır. (26-8)

Niçin kontrastların saptanmasına retinada başlanır? Temelde fotoreseptörlerden gelen bilgi işlemleme için üst merkezlere gönderilebilirdi. Sinyal bir kaç geçiş ile kortekse aktarılırken bozulmaya uğrar. Bu bozulma etkisinin en az olduğu tek yol, kontrastın retinada saptanıp sonra üst merkezlere yollanmasıdır.

Bu paralel on ve off center yollar görsel sistemin performansını artırırlar. Çünkü her tip ganliyon hücresi aydınlanmanın ya artışına yada azalmasına en iyi yanıt verir. On center ganliyon hücreleri loş aydınlatma altında düşük oranda ateşleme yaparlar; Böylece ateşleme hızlı artış ışık yoğunluğundaki artışı gösterir. Zıt olarak off center ganliyon hücreleri ışıkta düşük oranda deşarj yaparlar, bu hücrelerde ateşlemedeki hızlı artış ışık yoğunluğundaki düşmeyi gösterir.

Bu özelleşme, maymun uyanıkken deneysel olarak gösterilmiştir. Aminofosfobütirat (AFB) foto reseptörlerden on center ganliyon hücrelerine transmisyonun seçici olarak antagonistidir. Bu madde maymun retinasına uygulandığında aydınlanmada hızlı artışın saptanamadığını görürüz fakat aydınlanmadaki düşüşte bozulma yoktur.

Özelleşmiş ganliyon hücreleri görsel hayali farklı şekillerde işlemlerler.

Şekil. Renk ve hareket algılanmasından ileriki konularda detaylı bahsedilecektir. Bu özellikler görme korteksinde de paralel yollarla işlemlenirler. Bu paralel işlemleme ganliyon hücrelerinin network yapıları ile retinada başlar.

Retinadaki ganliyon hücreleri 2 temel sınıftadırlar. P ve M ganliyon hücrelerinin her ikiside hem on hemde off center hücreleri içerirler.

M hücrelerinin geniş reseptif alanları vardır ve devamlı aydınlanmaya relatif olarak geçici yanıt verirler. Bunlar büyük nesnelere ve uyarandaki hızlı değişikliklere en iyi yanıt verirler. Nesnelerin temel özelliklerine ve harekete duyarlıdırlar. P hücreleri daha küçük hücrelerdir, daha çok sayıda bulurlar, reseptif alanları daha küçüktür., özel dalga boylarına hassastırlar. Bu yüzden şekil ve renk algılaması ile ilgilidirler. P hücrelerinin görüntünün ince detaylarından sorumlu olduğu düşünülürken bazı M hücrelerininde bu fonksiyonla ilgili olabileceğide görülmüştür.

Primat retinası P yada M sınıfına girmeyen ganliyon hücreleride içerir. Bunların fonksiyonları büyük oranda bilinmememsine rağmen ışık yoğunluğunu algıladıklarına dair kanıtlar vardır.

 

Foto reseptörlerden gelen sinyal aranöronların network’ü yoluyla ganliyon hücrelerine ulaştırılır.

Fotoreseptörlerden gelen basit bir sinyal, ganliyon hücrelerinde nasıl karmaşık yanıtlara yol açar? Hücreler arası bağlantılar, çok karmaşık görünmesine rağmen, dikkatli incelemeyle oldukça basitolduları görülür. Her bir retinal aranöron retina boyunca iletilen fotoreseptör sinyalinin şekillenmesinde özel bir rol oynar. Retinal aranöronların rolü reseptör ve ganliyon hücresi arasında direk yol oluşturan bipolar hücreler üzerine odaklanıldığında en iyi gösterilebilir. Daha ileri basitleştirme, dikkati sadece konilere ve sadece gün ışığında görme ile sınırlamakla elde edilir.

Bipolar hücreler direk ve indirek yollarla konilerin sinyalini ganliyon hücrelerine taşırlar.

Görsel bilgi koniden ganglion hücresine iki şekilde taşınır.

1-       direk yada vertikal yol: Ganglion hücresinin reseptif alanının ortasındaki koni, ganglion hücresi ile direk ilişkisi olan bipolar hücre ile sinaptik bağlantı yapar.

2-      Lateral yol: ganliyon hücresinin reseptif alanının çevresindeki koniden gelen sinyal bir Horizontal yada amakrin hücre aracılığı ile bipolar hücreye gelir.

Horizontal hücreler çok geniş dendritik dallanmaya sahiptir. Uzak konilerden gelen bilgiyi bipolar hücreye transfer edebilirler. Horizontal hücreler birbirleri ile gup-junction’larla elektriksel olarak bağlantılarda yaparlar.Bu elektriksel bağlantılar uzak konilerden bilgi aktarmasında rol oynar. Horizontal hücreler bipolar hücrelerden direkt bilgi sağlamazlar fakat konilere geri bildirmle merkez bipolar hücre üzerinde etkilerini oluştururlar.  (26-10)

            Retinada sinaptik bağlantıların çoğu 2 pleksiform tabakada gruplanmıştır. Dış pleksiform tabaka horizontal hücre, bipolar ve reseptörlerde işlemlemeyi içerirken iç pleksiform tabaka bipolar amakrin ve gangliyon hücrelerindeki işlemlemeyi içerir..Böylece bipolar hücre, 2 pleksiform tabaka arasında köprü görevi yapar.

            Horizantal ve bipolar hücrelerde fotoreseptörler gibi membran potansiyelinde kademeli değişiklik ile yanıt oluştururlar. Bu hücreler membranlarında voltaja-bağımlı Na kanallarının yokluğu nedeniyle aksiyon potansiyeli oluşturamazlar. Bunun yerine sinyali pasif olarak iletirler. Çünkü bu hücreler küçüktür ve sinyalde anlamlı bir azalma olmadan sinaptik terminallerine ulaştıran kısa işlemlemeye sahiptirler.Aksine, ganliyon hücreleri aksiyon potansiyeli oluştururlar ve bunu uzak mesafelere taşırlar. Pek çok tip amakrin hücrede aksiyon potansiyeli oluşturabilir.

Bipolar hücrelerin reseptif alanları merkez-çevre organizasyonlarına sahiptir.

            Gangliyon hücreleri gibi bipolar hücrelerinde ya on yada off center olduğu ve antagonist merkex-çevre organizasyonlu reseptif alanları vardır. Reseptif alanın merkezindeki koni aktive olduğunda on center bipolar hücre depolarize olurken off center bipolar hücre hiperpolarize olur. Çevredeki koniler aktifken bipolar hücrelerin yanıtları bipolar hücrelerin yanıtları merekezi aydınlatmada olanın tersidir. (Box 26-3)

Kutu 26-3 Bipolar hücrelerin merkez çevre reseptif alanları

Bipolar hücrenin reseptif alanının ortasındaki koni bipolar hücre ile direk baglantı yapar. Her koni hem on hemde off center bipolar hücre ile sinaps yapar. Koniler sadece glutamat salarlar. Glutamat on center bipolar hücreleri inhibe ederken off center’leri depolarize eder.

Karanlıkta koniler depolarizedir. Sinaptik terminaldeki voltaja duyarlı Ca kanalları açıktır ve Ca girişine izin verir. Ca glutamat salınımını tetikler. Karanlıkta glutamatın bu devamlı salınımı on center bipolar hücrelerin hiperpolarizasyon durumunu sağlar. Aydınlandığında, koni hiperpolarize olur ve voltaja duyarlı Ca kanalları kapanır. Ca girişi azalır ve glutamat salınımıda azalır. Sonuçta on center bipolar hücre depolarize olur.

Aksine off center bipolar hücreler karanlıkta depolarizedir. Glutamat salınımı ışıkla azaltılınca off center bipolar hücreler hiper polarize olur.(26-9)

Glutamat bipolar hücrelerin 2 tipinde farklı katyon kanallarının kapılanması ile farklı yanıtlar oluşturur. Off center bipolar hücrede glutamat katyon kanalını açar hücreye Na girer, hücre depolarize olur. On center hücrelerde ise glutamat tarafından oluşturulan hiperpolarizasyonun mekanizması alışılmadıktır ve belkide basil ve konilerde de farklıdır. Bazı sinapslarda K kanallarını açar. Diğerlerinde ise cGMP kapılı kanalları kapatır. Na akımı önlenir. Transmiterin yokluğunda bu tip kanallar cGMP’nin artışı ile açık tutulur. Glutamat fotoreseptörlerde ışık ile oluşturulana benzer bir şekilde bu kanalları kapatır.

Reseptör aktivasyonu ® G protein aktivasyonu ® cGMP fosfodiesteraz aktivasyonu ® cGMP’de azalma

Bipolar hücrenin reseptif alanının çevresindeki koniler horizontal hücreler ile sinaps yaparlar. Horizontal hücreler bipolar hücreler ile direkt kontakt yapmazlar, konilerle sinaps yaparlar. Çevre aydınlatıldığında  horizontal hücreler merkezdeki konileri depolarize ederler. (26-10) Bipolar hücrelerdeki bu merkez çevre antagonizmasının mekanizması henüz bilinmemektedir.

Bipolar hücrelerin farklı sınıfları, ayni tip gangliyon hücresi ile uyarıcı bağlantılara sahiptir.

 

 

Bir ganglion hücresinin reseptif alanının özellikleri büyük oranda bağlantıda bulunduğu bipolar hücreleri yansıtır. Çünkü her tip bipolar hücre ayni tip gangliyon hücresi ile eksitatör sinaptik bağlantılar yapat. On center bipolar hücreler ışık tarafından depolarize edildiğinde, on center ganglion hücreleride depolarize olur. (26-9)

Ganglion hücre yanıtları bipolar hücreden gelen direkt girdiler tarfından büyük oranda saptanmasına rağmen iç pleksiform tabakadaki bir grup inter nöronda işlemlenir. Amakrin hücrelerde bunu şekillendirir. (26-6) En azından 8 farklı sinirsel iletici kullanan 20 farklı amakrin hücresi vardır. Bazı amakrin hücre fonksiyonları horizontal hücrelere benzer. Çevre gangliyon hücresinde bipolar hücreler antagonistik girdilere aracılık ederler. Diğerleri

daha karmaşık reseptif alanların oluşmasında bulunurlar (M tipi gang. Hüc)