Netthinnen - Retina

Netthinnen
Menneskelig øye tverrsnittsvisning gråtoner.png
Høyre menneskelig øye tverrsnitt; øynene varierer betydelig blant dyr.
Detaljer
Uttale UK : / r ɛ t ɪ n ə / ,
US : / r ɛ t ən ə / ,
pl. netthinne /- n i /
Del av Øye
System Visuelt system
Arterie Sentral netthinnearterie
Identifikatorer
Latin Rēte
MeSH D012160
TA98 A15.2.04.002
TA2 6776
FMA 58301
Anatomisk terminologi

Den retina (fra latin : rete "net") er den innerste, lys-sensitive lag av vev i øyet i de fleste virveldyr og noen bløtdyr . Øyets optikk skaper et fokusert todimensjonalt bilde av den visuelle verden på netthinnen, som oversetter dette bildet til elektriske nevrale impulser til hjernen for å skape visuell oppfatning . Netthinnen tjener en funksjon som er analog med film- eller bildesensoren i et kamera .

Nevral netthinnen består av flere lag med nevroner som er forbundet med synapser og støttes av et ytre lag av pigmenterte epitelceller. De primære lysfølende cellene i netthinnen er fotoreseptorcellene , som er av to typer: stenger og kjegler . Stenger fungerer hovedsakelig i svakt lys og gir svart-hvitt syn. Kjegler fungerer under godt opplyste forhold og er ansvarlige for oppfatningen av farger, så vel som synsstyrke som brukes til oppgaver som lesing. En tredje type lysfølende celle, den lysfølsomme ganglioncellen , er viktig for medføring av døgnrytmer og refleksive responser som pupillysrefleksen .

Lys som rammer netthinnen starter en kaskade av kjemiske og elektriske hendelser som til slutt utløser nerveimpulser som sendes til forskjellige visuelle sentre i hjernen gjennom fibrene i synsnerven . Nevrale signaler fra stengene og kjeglene blir behandlet av andre nevroner, hvis utgang har form av handlingspotensialer i retinale ganglionceller hvis aksoner danner optisk nerve. Flere viktige trekk ved visuell oppfatning kan spores til retinal koding og behandling av lys.

I embryonal utvikling av virveldyr , kommer netthinnen og synsnerven som utvekster av hjernen som utvikler seg, spesielt den embryonale diencephalon ; Dermed regnes netthinnen som en del av sentralnervesystemet (CNS) og er faktisk hjernevev. Det er den eneste delen av CNS som kan visualiseres ikke-invasivt .

Struktur

Invertert kontra ikke-invertert netthinne

Retina av virveldyr er invertert i den forstand at lysfølende celler ligger bak netthinnen, slik at lys må passere gjennom lag av nevroner og kapillærer før det når stenger og kjegler. Ganglioncellene, hvis aksoner danner synsnerven, er foran på netthinnen; derfor må synsnerven krysse gjennom netthinnen på vei til hjernen. I denne regionen er det ingen fotoreseptorer som gir opphav til det blinde punktet . I kontrast, i cephalopod netthinnen er fotoreseptorene foran, med prosesserende nevroner og kapillærer bak seg. På grunn av dette har blæksprutte ikke en blind flekk.

Selv om det overliggende nevrale vevet er delvis gjennomsiktig, og de medfølgende glialcellene har vist seg å fungere som fiberoptiske kanaler for å transportere fotoner direkte til fotoreseptorene, oppstår lysspredning. Noen virveldyr, inkludert mennesker, har et område av den sentrale netthinnen tilpasset syn med høy skarphet. Dette området, kalt fovea centralis , er avaskulært (har ikke blodårer), og har minimalt nevralvev foran fotoreseptorene, og minimerer dermed lysspredning.

Blæksprutte har en ikke-invertert netthinne som kan sammenlignes med oppløsningskraften til øynene til mange virveldyr. Blekksprut øyne har ikke en analog av virveldyr retinalt pigmentepitel (RPE). Selv om deres fotoreseptorer inneholder et protein, retinochrome, som resirkulerer netthinnen og replikerer en av funksjonene til virveldyr -RPE, kan man argumentere for at blæksprutte -fotoreceptorer ikke opprettholdes like godt som hos virveldyr, og at fotoreseptorers nyttige levetid som følge av dette virvelløse dyr er mye kortere enn hos virveldyr. Å ha lett byttet ut stilkøyne (noen hummer) eller netthinne (noen edderkopper, for eksempel Deinopis) forekommer sjelden.

Cephalopod -netthinnen stammer ikke fra en utvekst av hjernen, slik virveldyret gjør. Det kan diskuteres at denne forskjellen viser at øyne hos virveldyr og blæksprutter ikke er homologe, men har utviklet seg separat. Fra et evolusjonært perspektiv kan en mer kompleks struktur som omvendt netthinne generelt oppstå som en konsekvens av to alternative prosesser: (a) et fordelaktig "godt" kompromiss mellom konkurrerende funksjonelle begrensninger, eller (b) som en historisk maladaptiv levning av organets evolusjon og transformasjon. Visjon er en viktig tilpasning hos høyere virveldyr.

Et tredje syn på det "inverterte" virveldyrøyet er at det kombinerer to fordeler: vedlikehold av fotoreseptorene nevnt ovenfor, og reduksjon i lysintensitet som er nødvendig for å unngå å blende fotoreseptorene, som er basert på de ekstremt følsomme øynene til forfedrene til moderne hagfishes (en fisk som lever i veldig dypt, mørkt vann).

Retinal lag

Seksjon av netthinnen
Stenger, kjegler og nervelag i netthinnen. Øyets forside (fremre) er til venstre. Lys (fra venstre) passerer gjennom flere gjennomsiktige nervelag for å nå stengene og kjeglene (helt til høyre). En kjemisk endring i stengene og kjeglene sender et signal tilbake til nervene. Signalet går først til de bipolare og horisontale cellene (gult lag), deretter til amakrincellene og ganglioncellene (lilla laget), deretter til de optiske nervefibrene. Signalene behandles i disse lagene. Først starter signalene som rå utganger av punkter i stang- og kjeglecellene. Så identifiserer nervelagene enkle former, for eksempel lyse punkter omgitt av mørke punkter, kanter og bevegelse. (Basert på en tegning av Ramón y Cajal , 1911.)
Illustrasjon av fordelingen av kjegleceller i foveaen til et individ med normalt fargesyn (til venstre), og en fargeblind (protanopisk) netthinne. Vær oppmerksom på at midten av foveaen inneholder svært få blåfølsomme kjegler.
Fordeling av stenger og kjegler langs en linje som går gjennom fovea og det blinde flekket på et menneskelig øye

Virveldyr netthinnen har ti forskjellige lag. Nærmest lengst fra glasslegemet:

  1. Indre begrensende membran - basalmembran utarbeidet av Müller -celler .
  2. Nervefiberlag - aksoner i ganglioncellelegemene (merk at det finnes et tynt lag med Müller -cellefotplater mellom dette laget og den indre begrensningsmembranen).
  3. Ganglioncellelag - inneholder kjerner av ganglionceller, hvis aksoner blir til optiske nervefibre, og noen fortrengte amakrinceller .
  4. Indre plexiformt lag - inneholder synapsen mellom de bipolare celleaksonene og dendritene til ganglion og amakrinceller.
  5. Indre kjernelag - inneholder kjernene og omkringliggende cellelegemer (perikarya) av amakrinceller , bipolare celler og horisontale celler .
  6. Ytre plexiformt lag - fremspring av stenger og kjegler som ender i henholdsvis stavkulen og kjeglebladet . Disse lager synapser med dendritter av bipolare celler og horisontale celler. I makulærområdet er dette kjent som fiberlaget til Henle .
  7. Ytre kjernelag - cellelegemer av stenger og kjegler.
  8. Ekstern begrensende membran - lag som skiller de indre segmentdelene av fotoreseptorene fra cellekjernene.
  9. Indre segment / ytre segmentlag - indre segmenter og ytre segmenter av stenger og kjegler. De ytre segmentene inneholder et høyt spesialisert lysfølende apparat.
  10. Retinal pigmentepitel - enkeltlag av kuboidale epitelceller (med ekstruderinger ikke vist i diagrammet). Dette laget er nærmest choroid, og gir næring og støttende funksjoner til nevral netthinnen. Det svarte pigmentet melanin i pigmentlaget forhindrer lysrefleksjon i hele øyekulen; Dette er ekstremt viktig for klart syn.

Disse lagene kan grupperes i 4 hovedbehandlingstrinn: fotoreception; overføring til bipolare celler ; overføring til ganglionceller , som også inneholder fotoreseptorer, de lysfølsomme ganglioncellene ; og overføring langs synsnerven. På hvert synaptisk stadium er det også sidekoblende horisontale og amakrinceller .

Den optiske nerven er en sentral skrift av mange axoner av ganglionceller forbinder først og fremst til den laterale geniculate legeme , en visuell reléstasjon i diencephalon (baksiden av forhjernen). Det projiserer også til superior colliculus , suprachiasmatisk kjerne og kjerne i optisk kanal . Den passerer gjennom de andre lagene og skaper optisk plate i primater.

Ytterligere strukturer, som ikke er direkte forbundet med syn, finnes som utvekster av netthinnen i noen virveldyrgrupper. Hos fugler er pektenen en vaskulær struktur med kompleks form som projiserer fra netthinnen til glasslegemet ; det leverer oksygen og næringsstoffer til øyet, og kan også hjelpe i synet. Reptiler har en lignende, men mye enklere struktur.

Hos voksne mennesker er hele netthinnen omtrent 72% av en kule med en diameter på omtrent 22 mm. Hele netthinnen inneholder omtrent 7 millioner kjegler og 75 til 150 millioner stenger. Optisk skive, en del av netthinnen som noen ganger kalles "den blinde flekken" fordi den mangler fotoreseptorer, ligger ved optisk papilla , hvor optiske nervefibrene forlater øyet. Det fremstår som et ovalt hvitt område på 3 mm². Midlertidig (i retning av templene) for denne skiven er makulaen , i sentrum som er fovea , en grop som er ansvarlig for vårt skarpe sentrale syn, men faktisk er mindre følsom for lys på grunn av mangelen på stenger. Menneskelige og ikke-menneskelige primater har en fovea, i motsetning til visse fuglearter, for eksempel haver, som er bifoviate, og hunder og katter, som ikke har noen fovea, men et sentralt bånd kjent som den visuelle rekken. Rundt fovea strekker den sentrale netthinnen seg til ca 6 mm og deretter perifer netthinne. Den lengste kanten av netthinnen er definert av ora serrata . Avstanden fra den ene ora til den andre (eller makula), det mest følsomme området langs den horisontale meridianen er omtrent 32 mm.

I snitt er netthinnen ikke mer enn 0,5 mm tykk. Den har tre lag med nerveceller og to av synapser , inkludert den unike båndsynapsen . Den optiske nerven bærer gangliecelledød aksonene i hjernen og blodårer som forsyner netthinnen. Ganglioncellene ligger innerst i øyet mens fotoreseptive cellene ligger utenfor. På grunn av dette kontra-intuitive arrangementet må lys først passere gjennom og rundt ganglioncellene og gjennom tykkelsen på netthinnen (inkludert dets kapillærkar, ikke vist) før det når stengene og kjeglene. Lys absorberes av retinalpigmentepitelet eller choroidet (som begge er ugjennomsiktige).

De hvite blodcellene i kapillærene foran fotoreseptorene kan oppfattes som bittesmå lyse bevegelige prikker når de ser inn i blått lys. Dette er kjent som det blå feltet entoptisk fenomen (eller Scheerers fenomen).

Mellom ganglioncellelaget og stengene og kjeglene er det to lag med nevropiler der synaptiske kontakter opprettes. Neuropil -lagene er det ytre plexiforme laget og det indre plexiforme laget . I det ytre nevropillaget kobles stengene og kjeglene til de vertikalt løpende bipolare cellene , og de horisontalt orienterte horisontale cellene kobles til ganglionceller.

Den sentrale netthinnen inneholder hovedsakelig kjegler, mens den perifere netthinnen hovedsakelig inneholder stenger. Totalt er det omtrent syv millioner kjegler og hundre millioner stenger. I midten av makulaen er foveal gropen der kjeglene er smale og lange, og, arrangert i en sekskantet mosaikk , den mest tette, i motsetning til de mye fetere kjeglene som ligger mer perifert i netthinnen. Ved foveal gropen forskyves de andre netthinnelagene, før de bygger opp langs fovealhellingen til kanten av foveaen , eller parafovea , er nådd, som er den tykkeste delen av netthinnen. Makulaen har en gul pigmentering, fra screeningpigmenter, og er kjent som macula lutea. Området direkte rundt fovea har den høyeste tettheten av stenger som konvergerer på enkelt bipolare celler. Siden kjeglene har en mye mindre konvergens av signaler, gir fovea det skarpeste synet øyet kan oppnå.

Selv om stangen og kjeglene er en slags mosaikk , er overføring fra reseptorer, til bipolare, til ganglionceller ikke direkte. Siden det er omtrent 150 millioner reseptorer og bare 1 million optiske nervefibre, må det være konvergens og dermed blanding av signaler. Videre kan den horisontale virkningen av de horisontale og amakrincellene tillate et område av netthinnen å kontrollere et annet (f.eks. En stimulus som hemmer en annen). Denne hemningen er nøkkelen til å redusere summen av meldinger som sendes til de høyere områdene i hjernen. Hos noen lavere virveldyr (f.eks. Duen ) er det en "sentrifugal" kontroll av meldinger - det vil si at ett lag kan kontrollere et annet, eller høyere områder i hjernen kan drive netthinnens nerveceller, men i primater skjer dette ikke.

Lag som kan tenkes med optisk koherensstomografi

Ved hjelp av optisk koherens tomografi (OCT) er det 18 lag som kan identifiseres i netthinnen. Lagene og den anatomiske korrelasjonen er som følger:

Time-Domain OCT for makulaområdet på netthinnen ved 800 nm, aksial oppløsning 3 µm
Spectral-Domain OCT macula tverrsnittssøk.
macula histologi (OLT)
macula histologi (OLT)

Fra innerste til ytre er lagene som kan identifiseres ved OLT som følger:

# OLT -lag / konvensjonell etikett Anatomisk korrelat Reflektivitet

på OKT

Spesifikk

anatomisk

grenser?

Ytterligere

referanser

1 Posterior kortikal glasslegeme Posterior kortikal glasslegeme Hyperreflekterende Ja
2 Preretinal plass I øyne der glasslegemet har helt eller delvis løsnet fra netthinnen, er dette mellomrommet mellom det bakre kortikale glasslegemet og den indre begrensende membranen i netthinnen. Hypo-reflekterende
3 Intern begrensende membran (ILM) Dannet av Müller celleendføtter

(uklart om det kan observeres på OLT)

Hyperreflekterende Nei
Nervefiberlag (NFL) Gangliecelledød aksoner som reiser langs synsnerven
4 Ganglion cellelag (GCL) Ganglioncellelegemer (og noen fortrengte amakrinceller ) Hypo-reflekterende
5 Indre plexiformt lag (IPL) Synapser mellom bipolare , amakrin- og ganglionceller Hyperreflekterende
6 Indre atomlag (INL) a) Horisontale , bipolare og amakrinke cellelegemer

b) Müller cellekjerner

Hypo-reflekterende
7 Ytre plexiformt lag (OPL) Synapser mellom fotoreceptor , bipolare og horisontale celler Hyperreflekterende
8 (Indre halvdel) Henles nervefiberlag (HL) fotoreseptorlidelser aksoner

(skråorienterte fibre; ikke tilstede i midten av perifer eller perifer netthinne)

Hypo-reflekterende Nei
(Ytre halvdel) Ytre atomlag (ONL) De fotoreseptoren cellelegemene
9 Ekstern begrensende membran (ELM) Laget av zonulae som fester seg mellom Müller -celler og fotoreseptors indre segmenter Hyperreflekterende
10 Myoid sone (MZ) Den innerste delen av fotoreseptorens indre segment (IS) som inneholder: Hypo-reflekterende Nei
11 Ellipsoid sone (EZ) Den ytterste delen av fotoreseptorens indre segment (IS) pakket med mitokondrier Veldig hyperreflekterende Nei
IS/OS -kryss eller fotoreceptorintegritetslinje (PIL) Fotoreseptoren som forbinder cilia som bygger bro mellom de indre og ytre segmentene av fotoreseptorcellene.
12 Fotoreseptor ytre segmenter (OS) De fotoreseptorlidelser ytre segmenter (OS) som inneholder skivene som er fylt med opsin , molekylet som absorberer fotoner. Hypo-reflekterende
1. 3 Interdigitasjonssone (IZ) Ender av RPE -cellene som omslutter en del av kjegle -operativsystemene.

Dårlig skille fra RPE. Tidligere: "kjegle ytre segment tips linje" (COST)

Hyperreflekterende Nei
14 RPE / Bruch’s kompleks RPE fagosomsone Veldig hyperreflekterende Nei
RPE melanosomsone Hypo-reflekterende
RPE mitokondrier sone + Kryss mellom RPE & Bruchs membran Veldig hyperreflekterende
15 Choriocapillaris Tynt lag med moderat reflektivitet i indre choroid Nei
16 Sattlers lag Tykt lag med runde eller ovalformede hyperreflekterende profiler, med hyporeflekterende kjerner i midten av choroid
17 Hallers lag Tykkt lag med ovale formede hyperreflekterende profiler, med hyporeflekterende kjerner i ytre choroid
18 Choroidal-scleral juncture Sone ved ytre choroid med en markert endring i tekstur, der store sirkulære eller eggformede profiler støter a

homogen region med variabel reflektivitet

Utvikling

Retinal utvikling begynner med opprettelsen av øyet feltene mediert av shh og SIX3 proteiner, med påfølgende utvikling av de optiske vesikler som reguleres av Pax6 og LHX2 proteiner. Rollen til Pax6 i øyeutviklingen ble elegant demonstrert av Walter Gehring og kolleger, som viste at ektopisk uttrykk for Pax6 kan føre til øyedannelse på Drosophila antenner, vinger og ben. Optisk vesikkel gir opphav til tre strukturer: nevral netthinne, retinalpigmentert epitel og optisk stilk. Den nevrale netthinnen inneholder retinal stamceller (RPC) som gir opphav til de syv celletyper av netthinnen. Differensiering begynner med netthinnens ganglionceller og avsluttes med produksjon av Muller glia. Selv om hver celletype skiller seg fra RPC -ene i en sekvensiell rekkefølge, er det betydelig overlapping i tidspunktet for når individuelle celletyper differensierer. Signalene som bestemmer en RPC -dattercelles skjebne, er kodet av flere transkripsjonsfaktorfamilier, inkludert bHLH- og homeodomain -faktorer.

I tillegg til å veilede bestemmelse av celleskjebben, eksisterer det signaler i netthinnen for å bestemme dorsal-ventral (DV) og nasal-temporal (NT) akser. DV -aksen er etablert av en ventral til dorsal gradient av VAX2 , mens NT -aksen er koordinert ved uttrykk for gaffelhode -transkripsjonsfaktorene FOXD1 og FOXG1 . Ytterligere gradienter dannes i netthinnen. Denne romlige fordelingen kan hjelpe til med riktig målretting av RGC -aksoner som fungerer for å etablere det retinotopiske kartet.

Blodforsyning

Fundus -fotografi som viser blodårene i en normal netthinne. Årene er mørkere og litt bredere enn tilsvarende arterier. Den optiske platen er til høyre, og macula lutea er i nærheten av sentrum.

Netthinnen er lagdelt i forskjellige lag, som hver inneholder spesifikke celletyper eller mobilrom som har metabolisme med forskjellige ernæringsbehov. For å tilfredsstille disse kravene bifurcates og forsyner den oftalmiske arterien netthinnen via to forskjellige vaskulære nettverk: det koroidale nettverket, som forsyner choroid og den ytre netthinnen, og netthinnenettet, som forsyner netthinnenes indre lag.

Sirkulasjonsmekanismer

Ved første øyekast kan man tro at virveldyrhinnen er "feil kablet" eller "dårlig designet"; men faktisk kunne netthinnen ikke fungere hvis den ikke var invertert. Fotoreseptorlaget må være innebygd i retinalpigmentepitelet (RPE), som utfører minst syv vitale funksjoner, en av de mest åpenbare er å levere oksygen og andre nødvendige næringsstoffer som er nødvendige for at fotoreseptorene skal fungere. Disse næringsstoffene inkluderer glukose, fettsyrer og netthinne. Amplifiseringsprosessen for pattedyrs fotoreceptor bruker store mengder energi til syn under fotopiske forhold (krever mindre under scotopiske forhold) og krever derfor de store tilførselsnæringsstoffene som leveres av blodårene i choroidet, som ligger utenfor RPE. Choroidet leverer omtrent 75% av disse næringsstoffene til netthinnen og retinal vaskulatur bare 25%.

Når lys rammer 11-cis-retinal (i skivene i stenger og kjegler), endres 11-cis-retinal til all-trans-retinal som deretter utløser endringer i opsins. Nå regenererer ikke de ytre segmentene netthinnen tilbake i cisformen etter at den har blitt endret av lys. I stedet pumpes netthinnen ut til den omkringliggende RPE hvor den regenereres og transporteres tilbake til de ytre segmentene av fotoreseptorene. Denne resirkuleringsfunksjonen til RPE beskytter fotoreseptorene mot foto-oksidativ skade og lar fotoreseptorcellene ha flere tiår lang levetid.

Hos fugler

Fuglens netthinne er blottet for blodkar, kanskje for å gi uhindret lysgjennomgang for å danne bilder, og dermed gi bedre oppløsning. Det er derfor en ansett oppfatning at fuglens netthinne er avhengig av ernæring og oksygenforsyning på et spesialisert organ, kalt "pecten" eller pecten oculi , som ligger på blindpunktet eller optisk disk. Dette organet er ekstremt rikt på blodkar og antas å gi næring og oksygen til fuglens netthinne ved diffusjon gjennom glasslegemet. Pektenen er svært rik på alkalisk fosfataseaktivitet og polariserte celler i brodelen - begge passer til sin sekretoriske rolle. Pektenceller er fullpakket med mørke melaningranulat, som har blitt teoretisert for å holde dette organet varmt med absorpsjon av vill lys som faller på pekten. Dette anses å øke metabolismen til pektenen, og eksporterer derved mer næringsrike molekyler for å oppfylle de strenge energikravene til netthinnen i lange perioder med eksponering for lys.

Biometrisk identifisering og diagnose av sykdom

Det er kjent at bifurkasjoner og andre fysiske egenskaper ved det indre retinale vaskulære nettverket varierer mellom individer, og disse individuelle avvikene har blitt brukt for biometrisk identifisering og for tidlig påvisning av sykdomsutbrudd. Kartlegging av vaskulære bifurkasjoner er et av de grunnleggende trinnene i biometrisk identifikasjon. Resultatene av slike analyser av retinal blodkarstruktur kan evalueres opp mot bakken sannhetsdata for vaskulære bifurkasjoner av retinal fundusbilder som er hentet fra DRIVE -datasettet. I tillegg er klassene av fartøyer i DRIVE -datasettet også identifisert, og en automatisert metode for nøyaktig ekstraksjon av disse bifurkasjonene er også tilgjengelig. Endringer i retinal blodsirkulasjon ses med aldring og eksponering for luftforurensning, og kan indikere hjerte- og karsykdommer som hypertensjon og åreforkalkning. Å bestemme ekvivalent bredde på arterioler og venuler nær optisk skive er også en mye brukt teknikk for å identifisere kardiovaskulære risikoer.

Funksjon

Netthinnen oversetter et optisk bilde til nevrale impulser som starter med den mønstrede eksitasjonen av de fargesensitive pigmentene på stengene og kjeglene, netthinnenes fotoreseptorceller . Eksitasjonen blir behandlet av nervesystemet og forskjellige deler av hjernen som arbeider parallelt for å danne en representasjon av det ytre miljøet i hjernen.

Kjeglene reagerer på sterkt lys og formidler høyoppløselig fargesyn under dagslysbelysning (også kalt fotopisk syn ). Stangresponsene er mettede ved dagslys og bidrar ikke til mønstersyn. Imidlertid reagerer stenger på svakt lys og formidler monokromatisk syn med lavere oppløsning under svært lave belysningsnivåer (kalt skotisk syn ). Belysningen i de fleste kontorinnstillinger faller mellom disse to nivåene og kalles mesopisk syn . Ved mesopiske lysnivåer bidrar både stenger og kjegler aktivt med mønsterinformasjon. Hvilket bidrag stanginformasjonen gir til å mønstre syn under disse omstendighetene er uklart.

Keglernes respons på forskjellige bølgelengder av lys kalles deres spektralfølsomhet. Ved normalt menneskesyn faller spektralfølsomheten til en kjegle inn i en av tre undertyper, ofte kalt blå, grønn og rød, men mer nøyaktig kjent som korte, mellomstore og lange bølgelengdesensitive kjeglesundetyper. Det er mangel på en eller flere av kjegleundertyper som får enkeltpersoner til å ha mangler i fargesyn eller forskjellige typer fargeblindhet . Disse personene er ikke blinde for objekter med en bestemt farge, men klarer ikke å skille mellom farger som kan skille mennesker med normalt syn. Mennesker har dette trikromatiske synet , mens de fleste andre pattedyr mangler kjegler med rødt sensitivt pigment og derfor har dårligere dikromatisk fargesyn. Noen dyr har imidlertid fire spektrale subtyper, f.eks. Ørreten legger til en ultrafiolett undergruppe til korte, mellomstore og lange subtyper som ligner mennesker. Noen fisk er også følsomme for polarisering av lys.

I fotoreseptorene hyperpolariserer eksponering for lys membranen i en serie gradert skift. Det ytre cellesegmentet inneholder et fotopigment . Inne i cellen holder de normale nivåene av syklisk guanosinmonofosfat (cGMP) Na+ -kanalen åpen, og i hviletilstand depolariseres derfor cellen. Den foton forårsaker retinal bindes til reseptorproteinet for å isomerisere til trans-retinal . Dette får reseptoren til å aktivere flere G-proteiner . Dette fører igjen til at Ga-subenheten til proteinet aktiverer en fosfodiesterase (PDE6), som degraderer cGMP, noe som resulterer i lukking av Na+ sykliske nukleotid- gatede ionekanaler (CNG). Dermed blir cellen hyperpolarisert. Mengden nevrotransmitter som frigjøres reduseres i sterkt lys og øker når lysnivået faller. Selve fotopigmentet blekes bort i sterkt lys og erstattes bare som en kjemisk prosess, så i en overgang fra sterkt lys til mørke kan det ta opptil tretti minutter å oppnå full sensitivitet.

Når den blir eksitert av lys, sender fotoceptoren en proporsjonal respons synaptisk til bipolare celler som igjen signaliserer retinale ganglionceller . Fotoreseptorene er også tverrbundet av horisontale celler og amakrinceller , som endrer det synaptiske signalet før det når ganglioncellene, og nevrale signaler blandes og kombineres. Av netthinnenes nerveceller er det bare netthinnen ganglionceller og få amakrinceller som skaper handlingspotensialer .

I netthinnens ganglionceller er det to typer respons, avhengig av cellens mottakelige felt . De mottakelige feltene til retinale ganglionceller omfatter et sentralt, tilnærmet sirkulært område, hvor lys har en effekt på avfyring av cellen, og en ringformet surround, der lys har motsatt effekt. I ON -celler får en økning i lysintensitet i midten av det mottakelige feltet at avfyringshastigheten øker. I OFF -celler får det til å synke. I en lineær modell er denne responsprofilen godt beskrevet av en forskjell fra gaussere og er grunnlaget for kantdeteksjonsalgoritmer . Utover denne enkle forskjellen, er ganglionceller også differensiert av kromatisk følsomhet og typen romlig summering. Celler som viser lineær romlig summering betegnes X-celler (også kalt parvocellulære, P- eller midget-ganglionceller), og de som viser ikke-lineær summering er Y-celler (også kalt magnocellulære, M eller parasoll retinale ganglionceller), selv om korrespondansen mellom X- og Y -celler (i kattens netthinne) og P- og M -celler (i primathinnen) er ikke så enkelt som det en gang virket.

Ved overføring av visuelle signaler til hjernen, den visuelle banen , er netthinnen vertikalt delt i to, en temporal (nærmere templet) halvdel og en nasal (nærmere nesen) halvparten. Axonene fra nesehalvdelen krysser hjernen ved optisk chiasma for å slutte seg til aksoner fra den temporale halvdelen av det andre øyet før de passerer inn i den laterale geniculate kroppen .

Selv om det er mer enn 130 millioner retinale reseptorer, er det bare omtrent 1,2 millioner fibre (aksoner) i synsnerven. Så det utføres en stor mengde forbehandling i netthinnen. Den fovea produserer mest nøyaktig informasjon. Til tross for at de opptar omtrent 0,01% av synsfeltet (mindre enn 2 ° synsvinkel ), er omtrent 10% av aksonene i synsnerven viet til fovea. Oppløsningsgrensen for fovea er bestemt til å være rundt 10 000 poeng. Informasjonskapasiteten er estimert til 500 000 bits per sekund (for mer informasjon om bits, se informasjonsteori ) uten farge eller rundt 600 000 bits per sekund inkludert farge.

Romlig koding

On-sentre og off-sentre i netthinnen

Når netthinnen sender nevrale impulser som representerer et bilde til hjernen, koder (komprimerer) den impulsene romlig for å passe til den begrensede kapasiteten til synsnerven. Komprimering er nødvendig fordi det er 100 ganger flere fotoreseptorceller enn ganglionceller . Dette gjøres ved " dekorrelasjon ", som utføres av "sentrum -surround -strukturene", som implementeres av de bipolare og ganglioncellene.

Det er to typer senter-surround-strukturer i netthinnen-på senter og utenfor senter. On-sentre har et positivt vektet senter og en negativt vektet surround. Off-sentre er det motsatte. Positiv vekting er mer kjent som eksitatorisk , og negativ vekting som hemmende .

Disse senter -surround -strukturene er ikke fysiske tilsynelatende, i den forstand at man ikke kan se dem ved å flekke prøver av vev og undersøke netthinnenes anatomi. Senter -surround -strukturene er logiske (dvs. matematisk abstrakte) i den forstand at de er avhengige av forbindelsesstyrkene mellom bipolare og ganglionceller. Det antas at forbindelsesstyrken mellom celler er forårsaket av antall og typer ionekanaler innebygd i synapser mellom bipolare og ganglionceller.

Senter -surround -strukturene er matematisk ekvivalente med kantdeteksjonsalgoritmene som brukes av dataprogrammerere for å trekke ut eller forbedre kantene i et digitalt fotografi. Dermed utfører netthinnen operasjoner på de bilderepresentante impulsene for å forbedre kantene på objekter i synsfeltet. For eksempel, på et bilde av en hund, en katt og en bil, er det kantene på disse objektene som inneholder mest informasjon. For at høyere funksjoner i hjernen (eller i en datamaskin for den saks skyld) skal kunne trekke ut og klassifisere objekter som en hund og en katt, er netthinnen det første trinnet for å skille ut de forskjellige objektene i scenen.

Som et eksempel, følgende matrise er kjernen i en datamaskin -algoritme som implementerer kantdeteksjon. Denne matrisen er datamaskinen som tilsvarer senter -surround -strukturen. I dette eksemplet vil hver boks (element) i denne matrisen være koblet til en fotoreseptor. Fotoreseptoren i sentrum er den nåværende reseptoren som behandles. Senterfotoreseptoren multipliseres med +1 vektfaktoren. De omkringliggende fotoreceptorene er de "nærmeste naboene" til sentrum og multipliseres med −1/8 verdien. Summen av alle ni av disse elementene er endelig beregnet. Denne summeringen gjentas for hver fotoreceptor i bildet ved å flytte venstre til slutten av en rad og deretter ned til neste linje.

-1/8 -1/8 -1/8
-1/8 +1 -1/8
-1/8 -1/8 -1/8

Den totale summen av denne matrisen er null, hvis alle inngangene fra de ni fotoreceptorene har samme verdi. Nullresultatet indikerer at bildet var jevnt (ikke-endret) i denne lille lappen. Negative eller positive summer betyr at bildet varierte (endret) i denne lille oppdateringen på ni fotoreseptorer.

Matrisen ovenfor er bare en tilnærming til det som virkelig skjer inne i netthinnen. Forskjellene er:

  • Eksemplet ovenfor kalles "balansert". Begrepet balansert betyr at summen av de negative vekter er lik summen av de positive vekter slik at de avbrytes perfekt. Retinale ganglionceller er nesten aldri perfekt balansert.
  • Bordet er firkantet mens senter -surround -strukturene i netthinnen er sirkulære.
  • Nevroner operere på pigg tog som reiser ned nerve celle axons . Datamaskiner operere på et enkelt flytepunkt nummer som er i det vesentlige konstant fra hver inngangsbildeelement . (Datapikselene er i utgangspunktet ekvivalent med en biologisk fotoreseptor.)
  • Netthinnen utfører alle disse beregningene parallelt mens datamaskinen opererer på hver piksel én om gangen. Netthinnen utfører ingen gjentatte summeringer og skift som en datamaskin.
  • Til slutt spiller de horisontale og amakrincellene en betydelig rolle i denne prosessen, men det er ikke representert her.

Her er et eksempel på et inngangsbilde og hvordan kantdeteksjon ville endre det.

inntastingsbilde

Når bildet er romlig kodet av sentrum -surround -strukturene, sendes signalet ut langs optisk nerve (via aksonene til ganglioncellene) gjennom optisk chiasme til LGN ( lateral geniculate nucleus ). Den eksakte funksjonen til LGN er foreløpig ukjent. Produksjonen fra LGN blir deretter sendt til baksiden av hjernen. Spesielt "utstråler" utgangen fra LGN ut til V1 primære visuelle cortex .

Forenklet signalflyt: Fotoreseptorer → Bipolar → Ganglion → Chiasme → LGN → V1 cortex

ERP optisk kabling

Klinisk signifikans

Det er mange arvelige og ervervede sykdommer eller lidelser som kan påvirke netthinnen. Noen av dem inkluderer:

Diagnose

En rekke forskjellige instrumenter er tilgjengelige for diagnostisering av sykdommer og lidelser som påvirker netthinnen. Oftalmoskopi og fundusfotografering har lenge vært brukt for å undersøke netthinnen. Nylig har adaptiv optikk blitt brukt til å avbilde individuelle stenger og kjegler i den menneskelige netthinnen, og et selskap basert i Skottland har utviklet teknologi som gjør at leger kan observere hele netthinnen uten ubehag for pasientene.

Den elektroretinogrammet brukes til en ikke-invasiv måling av netthinnen elektriske aktivitet, som blir påvirket av visse sykdommer. En relativt ny teknologi, som nå blir allment tilgjengelig, er optisk koherensstomografi (OLT). Denne ikke-invasiv teknikk gjør det mulig å oppnå en 3D volumetrisk eller høy oppløsning tverrsnitts tomogram av de fine strukturer av netthinnen, med histologisk kvalitet. Retinal fartøyanalyse er en ikke-invasiv metode for å undersøke de små arteriene og venene i netthinnen som gjør det mulig å trekke konklusjoner om morfologi og funksjonen til små fartøy andre steder i menneskekroppen. Det har blitt etablert som en prediktor for kardiovaskulær sykdom og ser ut til å ha, ifølge en studie publisert i 2019, potensial i tidlig påvisning av Alzheimers sykdom.

Behandling

Behandlingen avhenger av sykdommens eller lidelsens art.

Vanlige behandlingsmetoder

Følgende er vanligvis behandlingsmetoder for netthinnesykdom:

Uvanlige behandlingsmetoder

Sjeldne eller uvanlige behandlingsmetoder for netthinnesykdom

Retinal genterapi

Genterapi gir løfte som en potensiell måte å kurere et bredt spekter av netthinnesykdommer. Dette innebærer bruk av et ikke-smittsomt virus for å skifte et gen inn i en del av netthinnen. Rekombinante adeno-assosierte virus (rAAV) vektorer har en rekke funksjoner som gjør dem ideelt egnet for retinal genterapi, inkludert mangel på patogenisitet, minimal immunogenisitet og evnen til å transdusere postmitotiske celler på en stabil og effektiv måte. rAAV -vektorer brukes i økende grad for deres evne til å formidle effektiv transduksjon av retinal pigmentepitel (RPE), fotoreseptorceller og netthinneganglionceller . Hver celletype kan spesifikt målrettes ved å velge passende kombinasjon av AAV -serotype , promoter og intraokulært injeksjonssted.

Flere kliniske studier har allerede rapportert positive resultater ved bruk av rAAV for å behandle Lebers medfødte amaurose , som viser at behandlingen var både trygg og effektiv. Det var ingen alvorlige bivirkninger, og pasienter i alle tre studiene viste forbedring i deres visuelle funksjon målt ved en rekke metoder. Metodene som ble brukt varierte blant de tre forsøkene, men inkluderte både funksjonelle metoder som synsskarphet og funksjonell mobilitet samt objektive tiltak som er mindre utsatt for skjevhet, for eksempel elevens evne til å reagere på lys og forbedringer på funksjonell MR. Det ble forbedret på lang sikt, og pasientene fortsatte å gjøre det bra etter mer enn 1,5 år.

Den unike arkitekturen på netthinnen og dens relativt immunprivilegierte miljø hjelper denne prosessen. Tette veikryss som danner blodhinnebarrieren skiller det subretinale rommet fra blodtilførselen, og beskytter det dermed mot mikrober og mest immunmediert skade, og forsterker potensialet for å reagere på vektormedierte terapier. Den sterkt kompartementaliserte anatomi i øyet letter nøyaktig levering av terapeutiske vektorsuspensjoner til spesifikke vev under direkte visualisering ved bruk av mikrokirurgiske teknikker. I det skjermede miljøet på netthinnen er AAV -vektorer i stand til å opprettholde høye nivåer av transgenuttrykk i retinalpigmentert epitel (RPE), fotoreseptorer eller ganglionceller i lange perioder etter en enkelt behandling. I tillegg kan øyet og det visuelle systemet overvåkes rutinemessig og enkelt for visuell funksjon og retinal strukturelle endringer etter injeksjoner med ikke-invasiv avansert teknologi, for eksempel synsskarphet, kontrastfølsomhet , fundus auto-fluorescens (FAF), mørkt tilpassede visuelle terskler , vaskulære diametre, pupillometri, elektroretinografi (ERG), multifokal ERG og optisk koherens tomografi (OLT).

Denne strategien er effektiv mot en rekke netthinnesykdommer som har blitt studert, inkludert neovaskulære sykdommer som er trekk ved aldersrelatert makuladegenerasjon , diabetisk retinopati og retinopati av prematuritet . Siden regulering av vaskularisering i den modne netthinnen innebærer en balanse mellom endogene positive vekstfaktorer , for eksempel vaskulær endotelial vekstfaktor (VEGF) og hemmere av angiogenese , for eksempel pigmentepitelavledet faktor ( PEDF ), rAAV-mediert uttrykk for PEDF, angiostatin og den oppløselige VEGF-reseptoren sFlt-1, som alle er antiangiogene proteiner, har vist seg å redusere avvikende kardannelse i dyremodeller. Siden spesifikke genterapier ikke lett kan brukes til å behandle en betydelig brøkdel av pasienter med netthinnedystrofi, er det en stor interesse for å utvikle en mer generelt anvendelig overlevelsesfaktorterapi. Nevrotrofiske faktorer har evnen til å modulere nevronvekst under utvikling for å opprettholde eksisterende celler og tillate gjenoppretting av skadede nevronpopulasjoner i øyet. AAV som koder for nevrotrofiske faktorer som fibroblastvekstfaktor (FGF) familiemedlemmer og GDNF beskyttet enten fotoreseptorer mot apoptose eller bremset celledød.

Organtransplantasjon Transplantasjon av netthinnene har vært forsøkt, men uten særlig hell. Ved MIT , University of Southern California, RWTH Aachen University og University of New South Wales , er en "kunstig netthinne" under utvikling: et implantat som vil omgå fotoreseptorene i netthinnen og stimulere de vedlagte nervecellene direkte, med signaler fra et digitalkamera.

Historie

Rundt 300 f.Kr. , Herophilos identifisert netthinnen fra disseksjoner av kadaver øyne. Han kalte det araknoide laget, fra dets likhet med et edderkoppnett, og retiform , fra dets likhet med et støpeverk. Begrepet araknoid kom til å referere til et lag rundt hjernen; begrepet retiform kom til å referere til netthinnen .

Mellom 1011 og 1021 e.Kr. publiserte Ibn Al-Haytham mange eksperimenter som demonstrerte at synet oppstår fra lys som reflekteres fra gjenstander inn i øyet. Dette er i samsvar med intromisjonsteorien og mot utslippsteorien , teorien om at synet oppstår fra stråler som sendes ut av øynene. Imidlertid bestemte Ibn Al-Haytham at netthinnen ikke kunne være ansvarlig for begynnelsen av synet fordi bildet som ble dannet på den var invertert. I stedet bestemte han seg for at det måtte begynne på overflaten av linsen.

I 1604 utarbeidet Johannes Kepler øyets optikk og bestemte at netthinnen måtte være der synet begynner. Han overlot til andre forskere å forene det inverterte netthinnebildet med vår oppfatning av verden som oppreist.

I 1894 publiserte Santiago Ramón y Cajal den første store karakteriseringen av retinale nevroner i Retina der Wirbelthiere ( The Retina of Vertebrates ).

George Wald , Haldan Keffer Hartline og Ragnar Granit vant Nobelprisen i fysiologi eller medisin i 1967 for sin vitenskapelige forskning på netthinnen.

En nylig studie fra University of Pennsylvania beregnet at den omtrentlige båndbredden til menneskelige netthinner er 8,75 megabit per sekund, mens et marsvin har en netthinnetransport på 875 kilobit per sekund.

MacLaren & Pearson og kollegaer ved University College London og Moorfields Eye Hospital i London, i 2006, viste at fotoreseptorceller kunne transplanteres vellykket i musens netthinne hvis donorceller var i et kritisk utviklingsstadium. Nylig viste Ader og kolleger i Dublin ved hjelp av elektronmikroskopet at transplanterte fotoreceptorer dannet synaptiske forbindelser.

I 2012 lanserte Sebastian Seung og hans laboratorium ved MIT EyeWire , et online Citizen science -spill hvor spillere sporer nevroner i netthinnen. Målene for EyeWire -prosjektet er å identifisere spesifikke celletyper innenfor de kjente brede klasser av netthinneceller, og å kartlegge forbindelsene mellom nevroner i netthinnen, noe som vil bidra til å bestemme hvordan synet fungerer.

Flere bilder

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker