Czego oczy nie widzą. Jak wzrok kształtuje nasze myśli. Richard Masland

Чтение книги онлайн.

      Poświęcone komórkom zwojowym prace Heinza Wässlego, o których po raz pierwszy usłyszałem na tamtej konferencji w nadmorskim hotelu na Florydzie, niosły wyraźne przesłanie dla nas, neurobiologów: powinniśmy zacząć rozbierać siatkówkę na części pierwsze, poczynając od jej najmniejszych elementów. I dopiero po sporządzeniu wyczerpującego spisu elementów składowych możemy próbować ustalić, jakie te elementy mają funkcje. A jak już wspomniałem, mieliśmy na podorędziu nowoczesny sprzęt, który ułatwiał nam zadanie.

      Immunocytochemia, która stała się odrębną dyscypliną nauki około 1990 roku, pozwala nam zlokalizować niemal każdą cząsteczkę białka w komórce lub tkance. Rozjarzone i rozedrgane neurony, które mogliście oglądać w filmie dokumentalnym, są najczęściej wizualizowane immunocytochemicznie. Technika ta jest zasadniczo prosta, a obrazy, jakie oferuje, zapierają dech w piersiach.

      Ma jednak i frustrujące strony; mógłbym opowiedzieć historię komercyjnego odczynnika, który zmarnował mi rok pracy laboratoryjnej (w kategoriach finansowych nieetyczna firma zaopatrzeniowa kosztowała amerykańskich podatników około 300 tysięcy dolarów). Niemniej postanowiliśmy pójść właśnie tą drogą: ja i Julie Sandell, ona najpierw na Harvardzie, a potem na Uniwersytecie Bostońskim, Harvey Karten i Nick Brecha, pionierzy techniki immunocytochemicznej, Berndt Ehinger w Szwecji, Heinz Wässle i Leo Peichl w Niemczech, Dianna Redburn i Steve Massey w Teksasie. Nowozelandczyk David Vaney robił piękne zdjęcia mikroskopowe, odkrywając ponownie swoją pierwszą miłość, w młodym wieku bowiem rzucił naukę i rozpoczął karierę fotografa.

      Zastosować tę metodę mógł każdy – wystarczyło mieć właściwe odczynniki i mikroskop fluorescencyjny, żeby rozjaśnić wszystkie komórki siatkówki zawierające określone markery. Przy niewielkim powiększeniu widziało się jedynie skupisko gwiazd na ciemnym niebie, ale przy dużych powiększeniach uwidaczniał się wyraźnie kształt neuronu i cienkie nitki aksonów wijące się po powierzchni siatkówki lub nurkujące gdzieś w głąb – wzorcowy układ połączeń danej komórki z innymi komórkami. Które cząsteczki odczynnika powodowały rozjaśnienie których podtypów cząsteczek w neuronach siatkówkowych, to było (i częstokroć nadal jest) kwestią przypadku. Najlepszymi próbnikami jak dotąd są neuroprzekaźniki w synapsach: dopamina, nasza stara, dobra znajoma acetylocholina, serotonina i tym podobne; wszystkie występują w stosunkowo niewielkich skupiskach neuronów siatkówkowych. (Oczywiście neurony zawierają znacznie więcej innych cząsteczek, zapewne dziesiątki tysięcy. Jednak większość z nich występuje w wielu innych typach komórek, nie tylko w siatkówce, ale również w mózgu i pozostałych tkankach ciała, w których wykonują takie zadania, jak dostarczanie energii i podtrzymywanie struktury komórek. Z tych cząsteczek nie mamy żadnego pożytku w badaniach siatkówki oka).

      Dwadzieścia czy trzydzieści publikacji naukowych później nasza grupa miała już całkiem pokaźną listę typów komórek siatkówki – około dwunastu. Każdy z nich mógł być bardzo wiarygodnie oznaczony, innymi słowy, badacz mógł zobaczyć całą populację komórek danego typu w całej siatkówce, gdyż odróżniała się ona od pozostałych typów neuronów. Mogliśmy je mierzyć i liczyć. Brzmi to może trywialnie, ale właśnie to stanowi podstawę prawdziwej nauki, która coraz dalej odchodzi od kolekcjonowania motyli oraz od idei jednej, „typowej” komórki, a przybliża nas do zrozumienia, w jakim stopniu komórki danego typu przyczyniają się do przebiegu procesu widzenia. Na przykład niektóre typy neuronów są bardzo nieliczne, natomiast ich dendryty sięgają bardzo odległych rejonów siatkówki. Zdołaliśmy ustalić, że populacja tych komórek nie może uczestniczyć w przekazywaniu obrazu wysokiej rozdzielczości. Mała liczba neuronów przekłada się na małą liczbę pikseli obrazu. Każda z tych komórek przekazuje sygnały ze zbyt dużego wycinka pola wzrokowego, aby móc się przyczyniać do ostrzejszego widzenia – przekazywany przez nie obraz jest dramatycznie niedopracowany i przypomina gigantyczne, rozmazane plamy. I na odwrót – pewne malutkie komórki występują bardzo licznie i są gęsto upakowane. Od razu przypuściliśmy, że stanowią element pośredni ważnej magistrali, obwodu wysokiej rozdzielczości łączącego fotoreceptory z mózgiem… i okazało się, że mieliśmy rację.

      Tak więc wraz z paroma innymi laboratoriami świetnie się bawiliśmy, robiąc ładne zdjęcia i zaczynając się domyślać, jak mogą działać poszczególne części siatkówki. Po pewnym czasie jednak skończyły nam się komórki do oznaczania; określone typy dawały się oznaczyć kilkoma zaledwie cząsteczkami, a nic innego nie działało. Gdzieś w tym lesie neuronów musiał się chować niedostrzeżony do tej pory słoń, gdyż większość komórek, które zdołaliśmy zidentyfikować, należała do typów rzadkich. Patrząc teraz na całe ich populacje, mogliśmy stwierdzić, że odkryte przez nas typy tworzą w zasadzie oddalone od siebie skupiska rozrzucone po całej siatkówce. Pomiędzy nimi ziały szerokie połacie, gdzie całe szeregi komórek nie wykazywały obecności żadnego z wykorzystywanych przez nas markerów. Gdyby porównać siatkówkę do dziecięcej książki do kolorowania, można powiedzieć, że zdołaliśmy pokolorować może jedną piątą obrazków; reszta pozostawała czarno-biała.

      Było to deprymujące. Zdawało się, że wyczerpaliśmy możliwości zrozumienia, jak komórki zwojowe budują swoje reakcje. Skoro zdecydowana większość potencjalnych aktorów tego przedstawienia pozostaje niewidoczna na naszych ekranach, jakie mamy szanse na rozszyfrowanie sposobu działania komputera w siatkówce, który poprawia kontrast, wybiera kierunek i robi całą masę innych, niewiarygodnych rzeczy?

      Przyznaję, że głównym powodem, dla którego podjęliśmy się zinwentaryzowania komórek siatkówki, była zwykła ludzka ciekawość. Załóżmy, że ktoś dał wam bardzo stary zegar ścienny do naprawy, nie dołączając do niego instrukcji. Prędzej czy później domyślicie się, że wahadło to część maszynerii służącej do mierzenia czasu, ale co z gęsto upakowanymi mosiężnymi trybami i trybikami? Nie macie zielonego pojęcia, do czego mogłyby służyć. Tak właśnie drwił sobie z nas boski zegarmistrz – matka natura.

      Problem z siatkówką i całą resztą ośrodkowego układu nerwowego jest taki, że bez specjalnych markerów wszystkie neurony są do siebie łudząco podobne. Ogólnie stosowane markery pokazywały jedynie ciała komórkowe, podczas gdy neurony różnią się od siebie cieniutkimi wypustkami – dendrytami, które sięgają daleko po sygnały do innych neuronów, i aksonami, które te sygnały przekazują. Z tego powodu badanie typów komórek nerwowych opierało się zawsze na danych anegdotycznych; badacze pracowali nad tym, co udało im się oznaczyć przypadkowo, metodami, które podsuwały przede wszystkim intuicja i ślepy traf.

      Sądziliśmy, że być może z siatkówką pójdzie nam łatwiej, gdyż ma ona wyraźnie określone granice, a informacje przebiegają przez nią w jednym kierunku. Znaliśmy jej rolę, czego nie można powiedzieć o wielu obszarach mózgu. Poza tym siatkówka ma niewielkie rozmiary – fotoreceptory są oddalone od komórek zwojowych zaledwie o mniej więcej jedną trzecią milimetra. Doszliśmy zatem do wniosku, że powinno być możliwe sporządzenie mapy zawierającej wszystkie komórki siatkówki, a nie tylko miejsca odkryte przypadkiem, tu i tam. Posługując się nowoczesną nomenklaturą, moglibyśmy powiedzieć, że chcieliśmy stworzyć „neurom” – mapę wszystkich struktur nerwowych analogiczną do genomu, który jest mapą wszystkich genów zwierzęcia.

      Poszukiwania neuronów widm

      Tylko jak tego dokonać? Zaczynaliśmy od zera. Warto pamiętać, że w tamtym czasie dysponowaliśmy bardzo pobieżnymi informacjami o nawet najbardziej podstawowych klasach neuronów w siatkówce: fotoreceptorach, komórkach horyzontalnych, dwubiegunowych, amakrynowych i zwojowych. Dla zwykłych markerów komórki tych pięciu typów wyglądały mniej więcej tak samo – niewiele się różniły od małych, СКАЧАТЬ