海尔格科尔布
一定程度的视觉信息整合发生在视网膜的第一个突触，在外丛状膜层。锥蒂和棒状小球是在各种两极细胞和水平细胞类型上的突触。此外，如前一节所述，锥体椎弓根在彼此之间和棒状球体之间传递电子信息，因此少量棒状和棒状信号在这一层发生混合(Kolb, 1977;尼尔森,1977)。
发生在外丛状层的两种重要突触相互作用是:
- 将视觉信号分成两个独立的信息流通道，一个用于检测比背景亮的物体，另一个用于检测比背景暗的物体
- 路径的灌注，以创造视觉对象的同时对比。
第一种通路分别被称为连续对比的基础或ON和OFF通路，第二种通路将明暗边界同时进行对比，形成一个中心对比为抑制环的感受野结构。在本章中，我们将看到这两个必要的视觉信息过程是如何通过外丛状层的突触相互作用产生的。
1.用来理解视网膜神经通路的技术。
多年来，通过各种解剖学技术，人们对构成视网膜和参与丛状层突触相互作用过程的单个神经元的形态进行了描述。其中最主要的是一种特殊的神经染色，以著名的早期意大利神经解剖学家卡米洛·高尔基(1885)命名，他生活在上世纪末。这种染色方法被西班牙解剖学家拉蒙·卡哈尔(1892年)广泛应用并取得了非凡的成功。
事实上，正是Ramon y Cajal的不朽研究奠定了脊椎动物神经系统，特别是视网膜神经解剖学的基础。图2是Cajal用高尔基染色技术绘制的视网膜神经细胞图。
在这张卡哈尔作品中的图中我们看到光感受器，两极细胞，水平细胞和一些无分泌细胞类型。Cajal指出，光感受器-双极细胞-神经节细胞参与通过垂直路径传递杆状或锥状信息，水平细胞和无分泌细胞参与横向相互作用。他提出了这样一种观点:神经细胞的树突和轴突精确地协同分层，以确保正确的突触前细胞与正确的突触后细胞相互交流，从而在丛状层中特定类型的细胞之间建立了突触连接。
斯蒂芬·波利亚克(Stephen Polyak)是将高尔基染色剂应用于猴子和黑猩猩的最主要的人，他在1941年撰写了有关灵长类动物视网膜和视觉系统组织的里程碑式书籍。beplay体育公司更同时代的是，我们在猫、猴子和人类视网膜的研究中使用了高尔基方法(Boycott and Dowling, 1969;科尔布,1970;马里安尼,1984 a, b;Kolb等人，1981,1992)。自Cajal和Polyak以来我们所描述的一些单元如图3所示。
很明显，我们绘制的高尔基染色细胞图与卡哈尔的不同，因为我们从平面视网膜的表面或整体安装视图绘制了完整的细胞。能够制备完整的视网膜对我们理解视网膜中神经细胞的形态是一个巨大的进步，因为它允许我们看到染色细胞的完整树突状扩散，而在卡哈尔和波利亚克研究的视网膜切片中，这些细胞通常被截断。因此，我们能够在原始描述的基础上添加大量的新细胞类型。此外，随着电子显微镜、组织化学和免疫细胞化学染色以及电生理单细胞记录和染色技术的出现，我们现在可以将这些技术用于阐明视网膜中的神经回路，以一种前人无法达到的方式。本章后面所有关于细胞和电路的描述都来自多年来使用这些技术组合的实验，但总是以来自高尔基染色的形态学数据为基础。
2.双极细胞。
在人类视网膜中，高尔基染色揭示了11种不同的双极细胞类型(Boycott and Wassle, 1991;Kolb等，1992;马里安尼,1984,1985)。十种是锥细胞，一种是杆状细胞(图4)。
人类的视网膜和大多数哺乳动物的视网膜一样，都是位于中央凹外的杆状视网膜。因此，杆状双极细胞形成了人类视网膜双极细胞群的数量优势部分。
杆状双极典型为粗大的双极，细胞体位于内核层的中高位置，产生一簇进入OPL的树突，并在锥体椎弓根之间达到不同的水平，到达堆叠的杆状球体(图5)。
 图5所示。低倍率棒双极电池 |
 图6所示。杆状双极枝晶端子 |
棒状双极枝晶端子一端为棒状球体，作为中心凹陷枝晶(图6))(Kolb, 1970)。中央视网膜棒双极树突状树小(15 μ m宽)，15-20杆相接触。外周视网膜树突状树直径30 μ m，接触40-50杆。
人类视网膜中有十种不同类型的锥体双极。其中7个是关于聚合来自多个锥的信息。它们被称为弥散锥双极型(DBs)。三锥体双极性类型只涉及一对一关系中的一个锥体。这些被称为侏儒双极子和蓝锥特定类型(图4,FMB, IMB和BB)。
有些弥散锥体双极在树突状扩展(70-100 μ m)中视野非常宽(巨大)，并连接多达15-20个锥体(Mariani, 1984a)。关于宽视场细胞和它们在视网膜处理中的作用知之甚少。这些细胞非常需要进一步的探索。通常，较小的弥漫性双极细胞从中央视网膜的5-7个视锥细胞和周围视网膜的12-14个视锥细胞收集信息。小双极细胞接触单个锥体，但每个锥体有两个不同的变种。因此，中央凹的视锥细胞向两个小双极细胞输出，当然也向弥漫性双极细胞输出。两种类型的小双极在与圆锥椎弓根的接触上有所不同。
内陷侏儒双极型(IMB)与锥椎弓根连接，在锥椎弓根的带状突触处形成中央内陷树突(红色轮廓)(图7)(Kolb, 1970)。扁平小双极细胞(FMB)通过半内陷、宽裂的基底连接与锥椎弓根接触(绿色剖面，图7)。通常FMB树突在另一个小双极细胞的中央内陷树突的两侧与锥椎弓根接触两次(Kolb, 1970)。
一种锥双极细胞被认为对短波锥或蓝色锥(s锥)有特异性(Mariani, 1984b;Kouyama和Marshak, 1990)和人类视网膜(Kolb等人，1992)。这个蓝色的s锥双极(图8,s锥双极)典型地与一个锥体紧密接触，通过几个树突聚集在特定的锥体蒂上作为带状的中心元素:因此它本质上是另一种类型的小双极细胞，但它与常规的IMBs和fmb不同，它也有两个或更多的细缕树突接触另一个锥体蒂或盲目地终止于OPL(参见后面关于s锥通路的章节)。灵长类动物视网膜中也有一种巨大的双层锥体双极细胞类型(图8,GBB)，它被认为与蓝锥系统有关，因为它在IPL中的轴突分支水平与通过视网膜的s锥通路的双层蓝/黄神经节细胞的树突分支水平完全对应(参见s锥通路后面的章节)(Kolb等，1997)。
灵长类动物视网膜中剩余的弥漫性双极型(图4)与上面提到的其他哺乳动物视网膜锥体蒂簇的锥体双极细胞类似。与小型双极细胞一样，这些弥漫性细胞与锥蒂的突触接触类型也有所不同，要么是平面接触类型(与锥蒂形成基底连接)，要么是内翻和带状接触类型，甚至是混合这些类型的接触类型(Hopkins和Boycott, 1995)(另见Kolb和Nelson, 1995，关于脊椎动物视网膜中双极接触的光受体综述)。
3.水平细胞。
大多数哺乳动物视网膜外丛层有两种水平细胞作为横向连接的神经元。猫作为一种模型哺乳动物视网膜被广泛研究，其两种类型，即a型和b型，如图9所示(Kolb, 1974)。A型和b型HCs在兔视网膜中的外观也非常相似。其他物种可能有两种以上的水平细胞类型，通常这些其他类型与颜色编码有关(参见Perlman等人的《水平细胞》一章，网络视觉)。此外，在所有被研究的物种中，不同水平的细胞类型都是通过缝隙连接同质连接的，因此它们在整个外丛状层形成了一个巨大的相互连接的细胞网络。
a型HC是一种大而坚固的细胞，其放射状树突覆盖了150-250 μ m的树突场(视视网膜的面积而定)(视网膜中央的所有神经元树突宽度较小，树突树大小随中心区域偏心而增大)。哺乳动物视网膜中的b型HC与a型HC的不同之处在于，b型HC具有较小的浓密树突树(直径75-150 μ m)，轴突在结束于一个巨大的膨胀轴突终末树之前，其轴突的移动速度在300 μ m以上。a型和b型hcc的树突末端均为锥蒂，而b型hcc的轴突末端为棒状球粒(见上文)(Kolb, 1974)。
灵长类动物，虽然明显是哺乳动物，但与猫相比，它们的水平细胞组成有些不同。最初认为只有一种HC类型，叫做HI，看起来像猫b型HC的微缩版(Polyak, 1941)。1980年，我们描述了恒河猴视网膜上的第二种HC类型，并将其称为HII型(Kolb et al.， 1980)。最近，我们已经能够区分人类视网膜中的第三种水平细胞，HIII型(Kolb等人，1994年)。这三种高尔基染色样品的光学显微照片和图纸如图10和11所示。
 图10所示。人体水平细胞的光学显微照片 |
 图11所示。猴子水平细胞图 |
HI是灵长类动物视网膜的经典水平细胞(Polyak, 1941)。这是一个小场细胞(中心凹处直径为15 μ m的树突状树，周围直径为80-100 μ m)，具有粗壮的树突状，形成明显的圆形或甜甜圈状末端簇，与视锥接触，作为带状突触的横向元素(图12)。
在视网膜外周，HI细胞有更大的树突树，它们的辐射树突接触多达18个锥细胞。HI细胞有一个单根粗大的轴突，在外丛状层横向通过，在1毫米多外的增厚轴突末端柄上终止，该轴突末端具有大量的扇形棒棒糖状末端。HI轴突末梢在杆状小球体中结束，作为带状突触的外侧单元(Kolb, 1970)(图13)。
HIII细胞的外观与HI细胞相似，但在视网膜上的树突树大小比HI细胞大1/3，特别是在周围视网膜上，形状不对称(其中一两个树突比其他树突长得多)。这些终末簇与视锥的接触方式与HI细胞终末的接触方式相同，由于它们的视野更大，接触更多的视锥蒂(中心凹视网膜9-12个，周围视网膜20-25个)。虽然我们怀疑HIII的轴突是视杆细胞和视锥细胞的混合物，但由于尚未确定HIII的轴突与末端相连，所以我们对它们所接触的感光细胞类型的性质一无所知。
HII细胞在树突场特征上比其他任何一种类型都更加细长和复杂(Kolb et al.， 1980)。它们的末端没有被清楚地看到是接近锥椎弓根的群集，但已知它们在锥椎弓根处结束(Kolb, 1980;Ahnelt和Kolb 1994a,b)。HII细胞也有轴突，但这与其他两种水平细胞类型的轴突有很大不同。短而卷曲(100-200 μ m)，通过小的丝状末端与锥体蒂接触(图11)。
对人类视网膜的高尔基染色水平细胞进行电子显微镜研究的最新发现表明，这三种细胞类型存在一些颜色特异性的连接(图14)(Ahnelt和Kolb, 1994a,b)。
因此，HIs主要接触中长波长锥，但在树突场中与任何短波波长锥有少量接触(图14)。HII细胞接触短波锥，将主要的树突导向它们所在树突场中的这些锥(图14)，并与少量的终端接触其他类型的非短波锥。HII细胞轴突只接触短波长锥细胞。HIII细胞在中长波长锥体中有较大的树突终端，在树突树中似乎避免了短波长的锥体(图14)(Ahnelt and Kolb, 1994b)。因此，我们可以做出接线图(图15)，总结我们目前对灵长类动物视网膜三种HC细胞类型的光谱连接的理解。
4.视网膜的ON和OFF中心通路和中心环绕组织从光感受器开始，到外丛状层的双极和水平细胞接触。
我们知道光感受器神经递质(即谷氨酸，参见Dowling, 1987和Massey, 1990，以及webvision中谷氨酸章节的评论)在脊椎动物视网膜的黑暗中释放(Trifonov, 1968)。因此光感受器，无论是杆状还是锥状，在黑暗中都处于去极化状态。光刺激时，光感受器产生超极化反应，递质释放停止，但突触后双极细胞产生膜超极化或去极化反应。超极化型双极电池称为OFF-center电池，而去极化型双极电池称为ON-center电池(Werblin和Dowling, 1969;Werblin, 1991)。
这两个重要的ON-center和OFF-center通道的起源，是双极患者与锥体椎弓根或杆状球体的突触接触类型。因此，进行内陷接触的双极细胞类型(几种锥体双极类型，其中包括IMB型和杆状双极类型)对光的响应与光感受器相比具有反转信号(图16)。它们对光产生去极化反应，被认为是通过代谢性谷氨酸受体(特别是mGluR6)和G蛋白级联信号受到刺激(图17)(Jahr, 1999;Dhingra et al. 2001)(参见杆和锥路径章节)。这些mGluR6受体对APB敏感(Slaughter and Miller, 1981)。
 图16所示。ON-center和OFF-center通道的起源 |
 图17。光感受器突触的组织图，显示了目前已知的不同谷氨酸感受器在不同的突触后树突上。 |
另一方面，在基底连接处与光感受器接触的双极细胞，会像光感受器一样通过超偏光对光做出反应(图16)。超偏光类型是由它们与光感受器的突触中的向电离(iGluR) AMPA-kainate谷氨酸通道驱动的(图17)(Slaughter和Miller, 1983)。超极化(基结接触)双极细胞是OFF-center通道的开始，去极化(内陷，带状相关)双极类型是ON-center通道贯穿整个视网膜和视觉系统的开始。beplay体育公司因为，正如我们将在后面的章节中看到的，在锥体双极细胞和内丛状层神经节细胞之间的信息传递水平上，只有兴奋通道存在。因此，神经节细胞传递到大脑的信号状态本质上是由与它接触的锥双极的性质决定的，而锥双极又由它的光感受器突触决定。
点击此处观看圆锥细胞和双极细胞的细胞内记录的电影(mp4电影)
在亚哺乳动物物种中，来自视锥细胞的细胞内记录表明，它们从水平细胞接收到反馈抑制信息(Baylor et al.， 1971)。在鱼的视网膜中，有形态学证据表明，在三联突触的水平细胞侧向元件产生小刺，在那里反馈信号可发生到锥体(Djamgoz和Kolb, 1993年，评论)。不幸的是，在哺乳动物的视锥细胞中，关于这个反馈突触一直存在争论。
图18所示。锥体椎弓根内突触接触的电子显微镜图。箭头指向一个可能的反馈突触
在电子显微镜图像中，有时可以看到水平细胞横向元件，即水平细胞树突，其内部有指向锥膜的囊泡(图18，未发表的灵长类视网膜图像)。Hirano及其合作者(2007)最近在小鼠视网膜上的一项研究中发现，突触囊泡锚定蛋白在syntaxin-4位点上(图19)。这表明这里有一个从水平细胞到锥状或杆状感光细胞的反馈突触。因为这个关于真正突触的证据仍然是模棱两可的，所以还有其他关于水平细胞反馈的理论。这两种电流分别是:1)裂隙内的pH值变化调节光感受器钙电流(Davenport et al.， 2008)和2)流入水平细胞的电流通过水平细胞树突的半igap连接发生，导致锥体蒂的膜电位发生高度局部的表观变化(Kamermans and仑福特，2004)。这些不同的发现有可能最终在单一的共同机制中得到调和(例如，通过结合半igap连接的pH敏感性)。另一种可能是，多种机制可能有助于从水平细胞到视锥细胞的负反馈(华莱士·托雷森的个人交流)。参见另一章水平细胞和s电位由帕尔曼，科尔布和纳尔逊，网络视觉，了解更多关于这些反馈途径的细节。
我们知道脊椎动物的视网膜在黑暗中会释放光感受器神经递质。因此光感受器，无论是杆状还是锥状，在黑暗中都处于去极化状态。光刺激时，光感受器产生超极化反应，递质释放停止，但突触后双极细胞产生膜超极化或去极化反应。水平细胞也有反应，表现为超极化。然后，它们从水平细胞网络中收集信息，水平细胞网络通过它们之间的缝隙连接连接到外丛状层的广阔空间区域。因此，这种巨大的水平细胞反应以某种方式反馈给光感受器和双极细胞。这个局部电路为双极细胞提供了一个中心环绕的组织(Werblin和Dowling, 1969)。
5.参考文献
灵长类动物视网膜的水平细胞和锥体感光器:光谱连通性的高尔基光显微镜研究。J Comp Neurol.1994; 343:387 - 405。［PubMed］
人视网膜的水平细胞和锥体光感受器:光谱连通性的高尔基电子显微镜研究。J Comp Neurol.1994; 343:406 - 427。［PubMed］
Baylor DA, Fuortes MGF, O 'Bryan PM。龟视网膜上视锥细胞的感受区。杂志。1971;214:265 - 294。［PubMed］ ［免费全文在PMC］
抵制BB, Dowling JE。灵长类动物视网膜的组织:光学显微镜。《社会科学》1969;255:109-184。
灵长类动物视网膜双极细胞的形态学分类。神经科学杂志1991;3:1069-1088。［PubMed］
《视网膜的结构》。1892年，收录于:Thorpe SA, Glickstein M，译者。斯普林菲尔德(伊利诺伊州):托马斯，1972年。
Dhingra A, Lyubarsky A, Jiang M, Pugh EN, Jr, Birnbaumer L, Sterling P, Vardi N. ON双极神经元的光响应需要Gαo。J Neurosci.2000; 20:9053 - 9058。［PubMed］
脊椎动物视网膜细胞内染色神经元的超微结构和功能连通性:相关分析。显微技术。1993;24:43-66。
道林我。视网膜:大脑可接近的部分剑桥(MA):贝尔纳普出版社，哈佛大学出版社;1987.
高尔基1885年;Calderini。
Hopkins JM, Boycott BB。灵长类动物视网膜的视锥细胞和弥漫性双极细胞之间的突触。J Neurocytol。1995;24:680 - 694。［PubMed］
灵长类动物视网膜外丛状层的组织:高尔基细胞浸润的电子显微镜。1970; 258:261-283。
猫视网膜中水平细胞与光感受器之间的联系:高尔基体制剂的电子显微镜。J Comp Neurol.1974; 155:1-14。［PubMed］
猫视网膜外丛状层的组织:电子显微镜观察。J Neurocytol。1977;6:131 - 153。［PubMed］
Kolb H, Mariani A, Gallego A.猴子视网膜中的第二种水平细胞。中华神经科学杂志1980;189:31-44。［PubMed］
猫视网膜的无分泌细胞、双极细胞和神经节细胞:高尔基体研究。视觉研究》1981;21:1081 - 1114。［PubMed］
高尔基体对人视网膜神经元的影响。中华神经科学杂志1992;31:47 - 187。
Kolb H, Fernandez E, Schouten J, Ahnelt P, Linberg KA, Fisher SK.人类视网膜中有三种水平细胞吗?中华神经科学杂志1994;343:370-386。［PubMed］
光感受器对外丛状层双极突触的组织。编辑:Djamgoz MBA, Archer SN, Vallerga S。外视网膜的神经生物学和临床方面。伦敦:查普曼和霍尔;1995.p . 273 - 296。
柯伯H, Goede P, Roberts S, McDermott R, Gouras P.人眼视网膜S锥蒂的独特性及其对颜色处理的影响。中华神经科学杂志1997;386:443-460。［PubMed］
Kouyama N, Marshak DW。猕猴视网膜中针对蓝色视锥细胞的双极细胞。J > 1992; 12:1233 - 1252。［PubMed］
灵长类动物视网膜上的一种弥漫性、内陷的锥双极细胞。中华神经科学杂志1981;197:661-671。［PubMed］
猴子视网膜中的巨大双极细胞。阿娜特Rec。1983;206:215 - 220。
猴子视网膜中的双极细胞可能对蓝敏感的视锥细胞有选择性。大自然。1984;308:184 - 186。［PubMed］
树鼩视网膜中的多轴突水平细胞。中华神经科学杂志1985;233:553-563。［PubMed］
脊椎动物视网膜中使用谷氨酸作为神经递质的细胞类型。视网膜科学进展1990;9:99 - 425。
Nawy S, Jahr CE。谷氨酸对视网膜双极细胞cGMP激活电导的抑制。大自然。1990;346:269 - 271。［PubMed］
Nelson R.猫视锥细胞有杆状输入:猫视网膜视锥细胞和水平细胞体反应特性的比较。J Comp Neurol.1977; 172:109 - 136。［PubMed］
Polyak SL.视网膜芝加哥:芝加哥大学出版社;1941.
斯勒特MM，米勒RF。2-氨基-4-膦丁酸:视网膜研究的新药理学工具。科学。1981;211:182 - 184。［PubMed］
斯勒特MM，米勒RF。一种兴奋性氨基酸拮抗剂阻断信号保存二级视网膜神经元的锥输入。科学。1983;219:1230 - 1232。PubMed］
Trifonov丫。利用视网膜电刺激光感受器和水平细胞之间突触传递的研究。Biofizika。1968;10:673 - 680。
Werblin FS Dowling JE。泥虱的视网膜组织，Necturus斑状．2细胞内记录。J Neurophysiol。1969;32:339 - 355。［PubMed］
虎蝾螈视网膜的突触连接、感受野和活动模式。投资眼科科学1991;32:459-483。［PubMed］
最后更新:2011年10月8日。