GERALD SCHNEIDER: Deci vom continua câțiva factori. Vom continua discuția despre creșterea externă astăzi, vom vorbi mai mult despre ceea ce ghidează acești axoni atunci când cresc. Am vorbit despre cele două moduri de creștere data trecută, așa că știți puțin despre cum se dezvoltă. Există multe aspecte diferite ale ideii că axonii concurează între ei în timpul dezvoltării. Un lucru ei concurează pentru factorul de creștere, de exemplu, în unele cazuri. Dacă nu primesc suficient factor de creștere, pot suferi apoptoză, care este un fel de moarte celulară. Uneori se numește sinucidere celulară, dar îi lipsește ceva pentru a obține un semnal. Se va sinucide. Primul factor de creștere care a fost descoperit a fost NGF, factorul de creștere a nervilor. Și s-a descoperit mai târziu că este un membru al unei familii de factori importanți de creștere , neurotrofinele. Și tocmai am enumerat câteva dintre ele acolo. Acești factori de creștere joacă de fapt o serie de roluri. Nu sunt doar factori de supraviețuire, ci sunt factori trofici care promovează creșterea. Sunt și tropice. Ele influențează direcția creșterii axonilor. Deci, de exemplu, cred că am un... să vorbim despre un experiment, primul, într-adevăr, care a arătat direct în cultura de țesut că NGF are efect ionotrop. Dacă aceasta este o placă Petri și aveți... luați un ac mai mic... și spuneți că aici este o celulă și crește un axon. Și iată celula de creștere. Crește acolo în cultură. Probabil că ar fi o mulțime de celule, dar o vom simplifica și vom avea doar una. Acest lucru a fost făcut la Harvard de Jonathan Hardin. A pus o pipetă în cultura de țesut, o pipetă care conținea o soluție de NGF. Și hai să o facem un pic mai mult așa cum a făcut-o de fapt. Deci, să presupunem că a pus pipeta... asta nu e desen. Iată-ne... așa. L-a pus lângă conul de creștere. Deci ce face? Conține o soluție de NGF, așa că începe să curgă NGF. Din asta iese. Și ce se întâmplă acolo este că creșterea [? coloana ?] [ ? se întoarce, ?] începe să crească spre ea. Deci, l-ar muta , l-ar scăpa de acesta. O mută aici. Și ceea ce s-a întâmplat a fost că acest lucru se întoarce din nou și crește spre el. Deci, el poate direcționa practic acel con de creștere în jurul plăcii Petri, de unde pipeta scurge NGF. Experimentul foarte simplu care a existat până în acest moment, toate dovezile pentru chimioafinitatea oricăruia au fost destul de indirecte. Apoi au început cu NGF pentru a afla că acestea au fost-- influențează direct direcția de creștere. Ramon y Cajal postulase efecte chimice asupra creșterii axonilor în jurul anului 1900, iar apoi, mai târziu, Roger Sperry și- a dezvoltat teoria chimioafinității despre care credea că ar putea explica specificitatea neuronală și dezvoltarea în general, adică axonii cresc în locuri specifice ale sistemului nervos, deoarece sunteți ghidați de indicii chimice. Și a explicat, cu această idee, că axonii vor urma urme specifice. Și atunci când ajung în zonele lor terminale, își vor forma conexiunile specifice, care ar putea fi o hartă. Așa că vom vorbi mai multe despre asta și astăzi. Să vorbim despre experimentele sale privind creșterea axonilor, pe care le-a făcut folosind fenomenul de regenerare la animale non-mamifere. Acum, de-a lungul anilor, a făcut asta, a folosit atât broaște, cât și pești aurii. Majoritatea experimentelor sunt pe broaște despre care vom vorbi. Vom trece prin aceste trei lucruri aici. Cred că computerul meu tocmai s-a blocat. Oh, iată-ne. Deci hai să vorbim despre acel experiment. Mulți dintre voi cunosc deja acest experiment. În primul rând, dacă zdrobiți nervul optic al broaștei, acesta va crește. De unde știi că va crește? Ei bine, înainte de a fi cunoscut anatomic, au făcut-o pur și simplu comportamental. Și toate experimentele inițiale ale lui Sperry au fost făcute cu un test comportamental. Așa că ar zdrobi nervul optic inițial, fără nicio rotație a ochilor, doar să-l zdrobească. Și animalul era bine. Dar dacă continuă să-l testeze, în cele din urmă, vederea îi revine și nu numai că revine, dar este destul de precisă. Adică s-ar orienta din nou către viermii prezentați sau muștele prezentate în diferite părți ale câmpului vizual din nou, indicând faptul că axonii trebuie să fi crescut înapoi în poziția corectă. Așa că Sperry s-a întrebat, ei bine, de ce pot crește înapoi la pozițiile potrivite? Așa că a încercat un experiment interesant. A zdrobit nervul și a rotit ochiul la 180 de grade. Deci, dacă aici e broasca și iată ochii lui, cum desenezi o broască? Și iată ce face -- inițial, el prezintă, să zicem, pune un vierme aici. O broască normală, dacă un vierme începe să se miște, oricum, broasca va face o întoarcere bruscă și va scoate limba, apucă viermele. Și o va face cu precizie. Și, desigur, dacă nervul pentru acel ochi, pentru acest ochi, a fost zdrobit - și de obicei îl zdrobesc chiar în spatele ochiului - dacă nervul a fost zdrobit, el va fi orb la acel ochi. Și dacă își revine, va începe din nou să se orienteze. Dar acum a rotit cu 180 de grade. Deci ce se întâmplă? Ceea ce se întâmplă este că dacă viermele este aici, broasca se întoarce așa. Se întoarce în direcția greșită. Sau dacă îl așezi pe podea în fața lui, el se va orienta ca și cum ar fi acolo sus. Dacă îl așezi aici sus, el se va orienta acolo jos. E dezorientat la 180 de grade. Deci ce înseamnă asta? Înseamnă că comportamentul, recompensa pe care o primește animalul, nu afectează. Continuă să se orienteze greșit. Pur și simplu are un creier greșit pentru că ai rotit ochiul, iar conexiunile se reformează în funcție de retină, nu în funcție de câmpul vizual. Deci, este ca și cum ar exista un program acolo stabilit de proprietățile retinei care va determina unde cresc acești axoni și îi va detecta. Așa că el a postulat că există o potrivire specifică a etichetelor chimice, etichete pe acele celule ganglionare retiniene și axonii lor, cu etichete chimice potrivite în tectum. Aceasta a fost o formă puternică a teoriei chimioafinității. Mai târziu s-a susținut că a avut nevoie de prea multe gene și așa mai departe. Au fost multe argumente în legătură cu asta. Teoria este practic, totuși, confirmată și nu tocmai sub forma lucrării inițiale a lui Sperry, dar... Cu toate acestea, s-au făcut multe alte experimente pe fenomenul de regenerare și creștere. Și unele dintre ele au fost făcute pe hamsteri aici, la MIT, în laboratorul meu. Dar multe dintre ele au fost făcute pe broaște și pe pești aurii. Iar lucrările despre broaște sau pești aurii și lucrările despre hamsteri au indicat că ai putea obține distorsiuni ale acestor hărți. Și asta a ridicat întrebări despre cum funcționează exact afinitatea chimio , dacă funcționează deloc. Ce înțelegem prin „comprimarea hărții” sau „extinderea hărții?” Să spunem că aici este tectum. Ne vom ocupa de tectul potrivit. Și să presupunem că faci asta... elimini toată jumătatea caudală a tectumului cu o leziune pe partea dreaptă. Deci întrebarea este, ce se întâmplă când axonii cresc înapoi și doar jumătate din tectum este acolo? Ei bine, când s-a făcut asta în ceață sau în peștele auriu, inițial au descoperit că dacă aici este retina, și aceasta este retina nazală și retina temporală, retina superioară și inferioară. De fapt, de ce nu o facem pentru câmpul vizual? Este foarte confuz când ai de-a face atât cu câmpul vizual, cât și cu retina. Le convertesc rapid și automat în mintea mea, dar nu este ușor când începi să vorbești despre asta. Așa că să ne ocupăm de asta așa cum au fost făcute experimentele cu broaște. Ei au făcut câmpul vizual. Ei cartografiau câmpurile receptive electrofiziologic. Așa au făcut-o. Deci, dacă acesta este câmpul vizual, câmpul nazal și câmpul temporal, câmpul superior, inferior și aici este tectum, în mod normal, acesta ar fi câmpul nazal, câmpul temporal. Și asta e superior ar fi... hopa. Câmpul superior și câmpul inferior ar fi lateral. Așa v-ați aștepta să fie mapat pe ambele părți. Și aici, au de-a face cu câmpul ochiului stâng. Și inițial, au constatat că, dacă aveau doar jumătate de tectum, au primit practic înregistrări, pete plasate, doar în această jumătate de câmp, care puteau fi găsite în tectum. Deci ei ar înregistra acolo și apoi ar putea înregistra răspunsurile aici. Scuze, nu știu ce caut aici. Apăsând butonul din dreapta, cred. Așa că vedeți ce fac ei -- înregistrează sistematic pe tectum din diferite poziții, apoi cartografiază câmpurile receptive. Dar apoi, acordă-i puțin timp, și chestia se reorganizează. Și încep să obțină câmpuri receptive acum în tot câmpul. Câmpul temporal, ei îl găsesc acum, este reprezentat aici. Deci aceste pete de aici, aceste trei pete din câmpul temporal, ar fi așa. În mod normal, s- ar întoarce aici. Deci spunem că harta a fost comprimată. Câmpul nazal, aici, găsesc reprezentat aici sus. Și în mod similar, superior este aproape de linia mediană, iar inferior este lateral. Deci întreaga hartă este comprimată în micul tectum. Înțelegi experimentul? Deci aceasta este compresia câmpului. Așa că acum, au încercat un alt experiment. Voi desena aici alt câmp. Și voi desena aici retina sau câmpul corespunzător retinei. Și practic au ablat jumătate din retină. Deci, de exemplu, ar putea face asta. Ar putea elimina jumătate din retină. Au eliminat toată retina templului, apoi câmpul nazal ar dispărea, retina nazală, câmpul temporal ar dispărea. Așadar, acesta a fost un alt mod de a face aceste experimente - ei ar elimina o bună parte a retinei peștilor și apoi făceau înregistrarea mai târziu. Ce se întâmplă când o parte a retinei se proiectează într- un întreg tectum? Iar rezultatul a fost, din nou, că dacă i-au dat suficient timp, domeniul s-a extins. Deci jumătatea retinei și-ar extinde reprezentarea pe întregul tectum. Aceste lucruri au fost făcute și la hamster. Da, întrebarea întâi. PUBLIC: [INAUDIBIL] GERALD SCHNEIDER: Bună întrebare. Este întotdeauna perfect? Cu alte cuvinte, poți să faci greșeli? Nu au plătit prea mult atenție... nu a fost perfect, dar a fost destul de bine. Și în limitele înregistrării lor și așa mai departe, nu era clar cât de degradat era. Nu părea a fi foarte degradat. Totuși, a trecut printr- o perioadă trecătoare, în care a fost mai dezorganizat. Este adevărat. Acum, am făcut acele experimente și pe hamsteri, dar hamsterii nu se regenerează. Deci ce faci? Ei bine, dacă faci leziunile foarte devreme în viață, când sistemul încă se dezvoltă, conexiunea retina-tectală se dezvoltă încă la naștere. La naștere la hamster, axonii sunt încă la sfârșitul perioadei de alungire. Tocmai încep să înmugurească aceste foișoare larg răspândite. Așa că am putea scoate tectul caudal din hamster și apoi îi lăsăm să crească. Și acum, în loc să înregistrăm, am făcut experimente anatomice. Acum, cum studiezi organizarea topografică cu metode neuroanatomice? Au existat unele avantaje față de fiziologie. Acesta a fost unul dintre dezavantajele experimentelor cu broaștele și peștii aurii... că nu făcuseră anatomia. Deci ceea ce obțin prin înregistrări nu vă spune, neapărat, ce fac axonii. Desigur, faci legătura, presupun că știi ce fac ei. Așa că am făcut-o la hamster. Și am descoperit două lucruri. În primul rând, dacă scoatem tectul caudal așa cum făcuseră la peștele auriu de aici, așa cum vedeți acolo în stânga, eliminăm jumătatea tectumului caudal, iar acum am făcut, de exemplu, o mică leziune în retina temporală. -- folosim metode de degenerare -- urmărim axonii degenerați dintr-o mică bucată de retină nazală, câmp temporal, ceva care ar trebui să meargă aici la... ceva care, să zicem, ar trebui să se proiecteze înapoi aici, ce sa întâmplat? Ei bine, acea parte a tectumului lipsește. Ce fac axonii când vin în tectum? Ceea ce am descoperit este că în general merg aici, indicând că a existat o comprimare a câmpului. Dar, în plus, am găsit inexactități. Am găsit mici proiecții suplimentare, de asemenea, dar proiecția principală a mers la locul potrivit dacă harta ar fi fost comprimată. Și am făcut alte părți ale retinei la astfel de animale. De asemenea, în unele cazuri, am ablat tectul rostral în loc de tectul caudal. Deci, de exemplu, dacă acum este tectul și am ablat tot tectul rostral, acum axonii vin așa. Aici este tractul optic. Așa că acum trebuie să traverseze zona afectată și au făcut asta. Dacă am urmări un grup de axoni care ar fi trebuit să meargă până la capătul caudal al tectumului -- să presupunem că am urmărit axonii pe care ar trebui să mergem aici, am descoperit că ar merge acolo. Dar, în plus, am găsit greșeli, ocazional am găsit proiecții clare în față. Și par a fi legate de o deraiere a axonilor atunci când traversau zona leziunii. Organizarea axonilor, ordinea axonilor pe măsură ce intră în zona lor terminală, părea să facă de asemenea o diferență. Acesta nu este ceva care a fost prezis de teoria chimioafinității. Dar pot spune, în general, că -- inserați-o în față -- că harta a fost corectă. Există și alte experimente acolo prin care am putea trece. Dar mai târziu au descoperit că... ei bine, înainte de a trece prin aceste date despre chimioafinitate, ce alte idei existau în jur care ar putea explica formarea hărții? Ar putea fi posibil chiar și fără gradienți chimici să o explicăm? Ei bine, în primul rând, axonii au avut un ordin când au intrat în asta. Acești axoni au reprezentat aici câmpul superior. Au venit din retina inferioară. Să indicăm doar câmpul. Acestea reprezentau câmp inferior. Deci axonii erau deja ordonați pe o axă față de câmp când intrau. Și asta este valabil pentru toate mamiferele. Ori de câte ori vezi ceva în câmpul vizual superior, urmărește această margine a tractului optic. Dacă vezi ceva în centrul câmpului tău, vine în centru. Vedeți ceva în partea inferioară a câmpului vizual, acesta intră lateral în tectum. Ei bine, am făcut studii de acest ordin. Și am aflat că devin ordonați în momentul în care au ajuns la corpurile geniculate. Dar axa temporală nazală? Ei bine, studiile asupra unor specii au indicat destul de multă ordine. Dar la hamster, se dovedește că axa temporală nazală, axonii din nazal și temporal au fost amestecate între ele. Așa că trebuia să existe un factor care să le trimită pe măsură ce au intrat în tectum. Unii oameni au crezut că ar putea fi ora sosirii. Și există o diferență temporală și nazală în timp, probabil nu suficient de precisă pentru a explica unele dintre aceste efecte. Apoi, mai târziu, s-a descoperit că există gradienți specifici de molecule atât în retină, cât și în tectum. Gradienții inițiali care au fost descriși s-au dovedit a nu fi cei importanți. Dar apoi, s-a descoperit că aceste două grupuri de molecule, aferentele din tectum și aceste tirozin kinaze din celulele ganglionare retiniene și axonii lor - familia Eph - au fost distribuite în mod gradient. Nu există o singură moleculă ca asta, sunt mai multe distribuite pe axa temporală nazală a retinei. Și există un gradient potrivit în axa caudal rostral a tectumului. Și inițial, tocmai au descoperit axa caudal rostral și câmpul temporal, nu cel superior, inferior. Dar au primit apoi dovezi că joacă genul de rol postulat de Sperry, prin faptul că primul experiment a arătat că axonilor din retina temporală nu le place tectul caudal. S-au respins de ea. Și asta s-a făcut în cultura de țesut prin luarea membranelor din tectul caudal și din tectul rostral și făcând mici canale pe placa Petri, linii mici în care ați depus membranele și aflați, apoi, unde sunt axonii din retina temporală sau retina nazală va crește. Și axonilor din retina temporală pur și simplu nu le plac membranele celulelor din tectul caudal. Sunt respinsi de asta. Și asta se datorează în special acestor molecule. Mai târziu, au fost găsite și alte molecule care ar putea oferi ghidaj pentru câmpul superior și inferior, deși axa este deja reprezentată în tectum în axoni până în momentul în care axonii ajung acolo. Dar, în general, ordinea axonilor în tract nu este suficientă pentru a explica precizia hărții. Asta pare să necesite ghidarea chimică. Deci, când vorbim despre dacă aceste molecule pot explica toate aspectele formării hărții, răspunsul este nu. Sunt unele aspecte pe care ei nu le pot explica. Ei nu pot explica greșelile care se fac atunci când creați leziuni. Probabil că nu explică formarea inițială a hărții brute. Dar ele sunt explicația majoră pentru topografie. Există unele efecte ulterioare ale activității care joacă, de asemenea, un rol, care probabil joacă un rol independent de aceste molecule. Dar, practic, ideile Sperry au fost confirmate. Nu numai că au fost făcute aceste greșeli în harta tectală a retinei, dar par a fi relativ minore în ceea ce privește funcția. Dar am descoperit că, cu aceste leziuni cerebrale timpurii pe care le făceam, au existat și alte tipuri de încălcări ale regulilor de specificitate neuronală. Deci, în primul rând, trebuie să facem o diferență între specificitatea regională și cea topografică. Specificitatea topografică este ceea ce am tot vorbit. O parte a retinei merge într-o parte a tectumului, o altă parte a retinei merge într-o altă parte a tectumului. Deci, ce este specificul regional? Aceasta înseamnă pur și simplu că axonii din retină merg la tectum, dar nu la cel inferior, merg la coliculul superior, dar nu la coliculul inferior. Se îndreaptă spre straturile superficiale ale coliculului superior, nu către straturile profunde ale coliculului superior. Sunt specifice regionale. Axonii din retină nu se proiectează în sistemul somatosenzorial sau în sistemul auditiv. Ei par să știe unde să meargă. Acesta este specificul regional. Să desenăm aici o mică hartă a creierului mediu. Pot să-mi păstrez... Evident că lovesc ceva aici. Acesta este coliculul inferior văzut din lateral, coliculul superior și iată talamusul. Aici este corpul geniculat lateral unde se termină axonii retinieni. Deci haideți să desenăm cursul unui axon care intră aici în coliculul superior. Se termină în aceste două structuri. Și nu se termină în talamusul adiacent aici. Corpul geniculat medial , LP, primește doar câteva. Să punem în verde aici un axon care vine din coliculul inferior care merge aici. Acum, ce dacă facem asta... pune pe roșu aici. Să scoatem coliculul superior, dar vom deteriora și acel tract. Dacă am făcut asta, am aflat că -- voi folosi stiloul greu aici -- acești axoni nu doar au intrat în corpul geniculat lateral, dar au invadat și corpul geniculat medial. Deci, acesta este un axon încolțit. Principalul lucru a fost că a trebuit să eliminăm intrarea normală în corpul geniculat medial. Tractul optic trece chiar peste corpul geniculat medial la marginea caudală a tractului. Și au fost întotdeauna axoni de la marginea caudală a tractului optic. Deci am putea avea retina proiectată în sistemul auditiv, dar numai atunci când am făcut aceste leziuni și numai când le-am făcut devreme în viață. Am luat zona terminală normală. Și când faci asta, axonii au tendința de a încolți în alte locuri, dar au tendința de a încolți în locurile care și-au pierdut terminarea normală. Deci, se pare că specificitatea chimică ar putea reprezenta un fel de preferințe relative pentru axoni. Pot exista unele locuri în care nu se pot termina deloc, dar există unele locuri în care se pot termina dacă le oferiți spațiu și dacă nu le lăsați să se termine în locurile normale. Iar acel fenomen, proiectarea retinei în sistemul auditiv, a fost studiat mult la dihor de către Mringanka Sur și studenții săi din această clădire. Și probabil că vom aminti acele experimente mai târziu în clasă. Au existat o serie de experimente cu privire la modul în care axonii specifici regional cresc în timpul perioadei lor de alungire . Și vreau să trec doar prin câteva dintre acele experimente. În primul rând, creșterea axonilor în piciorul lăcustei, care a dat dovadă pentru ghidarea specifică de către celulele gliale. Numim acele celule gliale „celule ghidaj”. Și apoi vom vorbi -- s- ar putea să nu termin astăzi -- studii ale măduvei spinării care au dat câteva dovezi noi pentru specificitatea chimio, nu în formarea topografiei, nu în modelele de terminare, ci în cursul axonilor în creșterea lor, desigur. a creșterii axonilor. Și apoi avem date suplimentare despre barierele specifice ale celulelor gliale pentru alungire. În primul rând, piciorul lăcustei. Aceasta este o reconstrucție a piciorului la lăcusta embrionară, așa că este un fel de stufoasă... aici, vezi ganglionul pe care îl numesc SNC sau sistem nervos central. Și asta arată piciorul ca și cum ar fi transparent. Și corpurile celulare ale acestor neuroni se află în epiteliu, deci sunt puțin diferite de celulele ganglionare ale rădăcinii dorsale la mamifere. Dar ei trimit un axon, atunci, care crește conform unui model specific către sistemul nervos al acestui animal. Și pot reconstrui calea. Și găsesc că este destul de consistent în tiparul său. Vedeți reconstrucția aici. Și ei observă că în punctele în care a făcut aceste viraje, au existat celule specifice la care axonii ar putea răspunde. Și pentru a testa dacă acest lucru este adevărat - dacă acele celule acționau ca ghidaje - au încercat, de exemplu, să elimine această celulă anume. Și când au ablat o anumită celulă de-a lungul căii, ar putea modifica calea, așa cum vedeți în aceste experimente. Așa că ei numeau acele celule „posturi de ghidare”. Cum lucrau? Ei bine, când axonul începe să crească aici, trimite filopodii lungi. Filopodiile sunt atât de lungi încât ar putea ajunge până la o celulă de ghidaj. Asta părea să ofere un punct de aderență, iar întregul con de creștere se va deplasa către acea celulă. Dar odată ajuns acolo, nu au rămas doar acolo. Au trimis din nou filopodia lungă și au ajuns la următoarea, apoi au crescut până la aceea și așa mai departe, de la celulă la celulă până ajungeau în centrul sistemului. Deci este ca un joc de conectare a punctelor, mergând de la o celulă la alta. Și aceasta a fost teoria modului în care acești axoni cresc în piciorul lăcustei. Unde suntem aici? Și axonii care se dezvoltă mai târziu i- ar urma pe cei inițiali pe care îi numim „ axoni de pionierat” dacă merg primii. Ei au întrebat apoi, ei bine, ar putea să abat celula de pionier? Ar face și cei de mai târziu același lucru? Și răspunsul este da, dar în mod normal, axonii care cresc mai târziu fasciculează de-a lungul primului. Ei par să o urmeze , dar oricare dintre ei este capabil să urmeze același curs. Dar când ne-am uitat la tractul optic la mamifere, am descoperit că axonii care au crescut mai târziu nu cresc la suprafață ca axonii anteriori. De fapt, ei se împart între pionieri. Așa că nu par să urmeze același tip de reguli pe care le primești în piciorul lăcustei. Deci, aceasta este doar o notă de avertizare, că ceea ce este descoperit într-un sistem poate să nu fie ceea ce descoperiți în fiecare sistem. Pot să văd ora. Cred că voi începe cu asta data viitoare.