Онтогенез. От клетки до человека - Джейми Дейвис

Рис. 67. Схема, поясняющая механизм, благодаря которому «карта» сетчатки наносится на верхнее двухолмие (из тысяч аксонов показаны лишь три). Аксоны клеток на височной стороне сетчатки (нижняя часть схемы) несут большое количество рецепторов и активно избегают молекул-репеллентов в верхнем двухолмии. Поскольку эти молекулы распределяются по градиенту, аксоны избегают всего двухолмия, кроме той части, где этих молекул меньше всего (на схеме внизу). Аксоны, отходящие от средней части сетчатки, тоже избегают высоких концентраций молекул-репеллентов, но не столь активно. Таким образом, они остаются посередине верхнего двухолмия (они бы и рады спуститься ниже, но им не дают этого сделать аксоны с височной стороны). Аксоны клеток, лежащих на носовой стороне сетчатки, образуют мало рецепторов и почти не реагируют на молекулы-репелленты. Поэтому они подключаются к той области верхнего двухолмия, где этих молекул много (никакие другие аксоны на эти места не претендуют). Следует подчеркнуть, что на рисунке представлена очень упрощенная схема этого процесса, не отражающая ни сложный путь зрительного нерва, ни очертания верхнего двухолмия

Первая навигационная задача, с которой сталкиваются конуса роста на пути от сетчатки глаза к мозгу, – найти точку в задней части глаза, из которой должен выходить зрительный нерв. Это достигается за счет того, что у конусов роста есть рецепторы, чувствительные к молекулам-репеллентам, которые распространяются от края сетчатки, и рецепторы к молекулам-аттрактантам, которые находятся ближе к центру сетчатки (откуда и будет выходить зрительный нерв) (рис. 68). Одной из таких молекул-аттрактантов является белок Sonic Hedghog. Если нарушить синтез этого белка в центре сетчатки эмбриона животного, то конусы роста аксонов ганглиозных клеток сетчатки не смогут обнаружить нужную точку и будут расти хаотично. Есть также данные, указывающие на существование градиента молекул-репеллентов между краем и центром сетчатки.

Рис. 68. Поиск аксоном пути в сетчатке, расположенной в задней части глаза и показанной на рисунке в виде чашеобразной структуры (примерно такую форму она и имеет). Аксоны ганглиозных клеток сетчатки находят путь к точке выхода, ведущей к зрительному нерву, пользуясь сигналами молекул-аттрактантов (таких, как Sonic Hedgehog), синтезируемых в центральной части сетчатки, а также, возможно, сигнальных молекул-репеллентов, синтезируемых по краям сетчатки

Первые конусы роста, покидающие область глаза, оказываются в узком «коридоре». Его стены образованы клетками, которые синтезируют еще один тип молекул-репеллентов.[238] По этому узкому коридору конусы роста могут двигаться только в одну сторону – в направлении центральной части развивающегося мозга. Когда тысячи конусов роста выходят из развивающейся сетчатки, тянущиеся за ними аксоны образуют мощный «кабель» – зрительный нерв.

Зрительные нервы от обоих глаз сходятся в одном и том же месте центральной части мозга и сталкиваются с необходимостью выбора дальнейшего маршрута. Некоторые из них пересекут срединную линию и направятся к верхнему двухолмию на противоположной стороне мозга, а другие направятся к верхнему двухолмию на своей стороне (рис. 69). Решающая, функциональная причина такого выбора маршрута связана с тем, как мы видим. У многих животных, особенно у тех, которые должны спасаться от хищников, глаза размещены по бокам головы.

Такое расположение дает определенное преимущество, потому что картины, которые видит каждый глаз, почти не перекрываются, и животное может одновременно следить за происходящим с двух сторон. Это позволяет ему заранее обнаружить хищника и, если повезет, убежать или спрятаться. Если поля зрения не перекрываются, информацию, поступающую от двух глаз, можно обрабатывать по отдельности. У таких животных зрительные нервы просто пересекаются в центре мозга, так что нерв от левого глаза идет к структурам правой части мозга, а нерв от правого глаза – к левой. Люди же смотрят прямо вперед, что характерно для хищников или для животных, которым нужно точно оценивать расстояние, например, когда они перемещаются в древесных кронах, прыгая с ветки на ветку.

У людей больше половины поля зрения охватывается обоими глазами. Поскольку глаза расположены по обе стороны от средней линии тела на некотором расстоянии друг от друга, мозг способен воспринимать картину в трех измерениях. Чтобы проверить, как это происходит, расположите палец на расстоянии 30–60 см от лица и закройте левый глаз. Теперь переместите палец так, чтобы он совместился с каким-нибудь удаленным предметом. Не двигая палец, закройте правый глаз и откройте левый: вам покажется, что палец сдвинулся относительно этого предмета. Разница в восприятии положения объектов глазами позволяет мозгу очень точно рассчитывать расстояние, но для этого одна и та же область мозга должна получать информацию одновременно от обоих глаз. Для этого значительное число конусов роста должно не пересекать центральную линию, а возвращаться к своей стороне головного мозга, встречаясь с конусами роста от другого глаза. Достигнув средней линии, некоторые конусы роста разворачиваются обратно – опять же, под действием молекул-репеллентов, синтезированных клетками средней линии.[239] Некоторые конусы роста чувствуют эти молекулы и следуют их командам, а другие игнорируют их присутствие, потому что их мембрана содержит другие комбинации рецепторов.[240] После того как конусы роста пересекли среднюю линию или, наоборот, развернулись и остались на своей стороне, их путь к верхнему двухолмию снова определяется сигналами-репеллентами, которые не дают им «сбиться с пути». Возможно, от цели их пути также распространяются какие-то молекулы-аттрактанты;[241] во всяком случае, так обстоит дело с некоторыми другими путями миграции конусов роста в пределах мозга, например при создании пути, по которому сенсорная информация поступает в кору.