Основные физиологические свойства зрительных путей. Магноцеллюлярная (М) и парвоцеллюлярная (Р) системы, как хорошо изучено сегодня, составляют два параллельных потока [1], которые наряду с кониоцеллюлярной (К) системой [2] формируют сенсорный вход в первичную зрительную кору (V1) [3]. М- и Р-пути начинаются от различных типов ганглиозных клеток (ГК) сетчатки, проецируются в отдельные слои латерального коленчатого тела (ЛКТ) и имеют раздельные входы в V₁, оканчиваясь в специфических слоях зрительной коры. Однако затем происходит значительное смешение входов. В высших корковых проекциях М-, Р- и К-пути разделены только частично и конвергируют в V₁ и в экстрастриарных областях коры [3, 4]. Исходящие из V₁ дорзальный и вентральный потоки первоначально относили соответственно к М- и Р-системам [4, 5]. Однако в дальнейшем было показано, что область V₄ получает от вентрального потока не только Р-, но и значительный М-вход [4], а средневисочная область (область МТ) от дорзального потока получает значительные парво- [6] и кониопроекции [7]. Следовательно, тесты, оценивающие функции, обслуживаемые дорзальным и вентральным потоками, не являются достаточно адекватными для селективной оценки М- и Р-чувствительности [8, 9].

У приматов крупные и мелкие ГК имеют различные ретинофугальные проекции. Крупные М-ГК (~10% от всей популяции ГК) проецируются в М-слои ЛКТ, а затем — в тонкий слой 4C-aльфа в стриарной зрительной коре. Мелкие Г.К. (~80%) проецируются в Р-слои в ЛКТ, а затем — в слой 4C-бета в V₁. Физиологические свойства этих двух путей значительно отличаются. М-клетки имеют большую контрастную чувствительность и больший коэффициент усиления контраста, чем P-клетки, хотя их ответ имеет тенденцию к насыщению при высоком контрасте [10—12]. Другим отличием является темпоральный ответ на зрительные стимулы. Скорость проведения в М-пути намного выше, чем в Р-пути [13]. С другой стороны, большинство клеток в Р-пути проявляют цветовую оппонентность, в то время как большинство M-клеток не кодируются цветом [14, 15].

Исследование функциональности М-, Р- и К-путей имеет клиническую значимость и все более широко используется в офтальмологии. Применение психофизических методов (например, частотно-сдвоенной периметрии, измерений цветовой и пространственной контрастной чувствительности и др.) и технологий объективной оценки каналов зрительной системы, таких как электрофизиологические исследования и методы нейровизуализации (например, магнитоэнцефалография и функциональная магнитно-резонансная томография и др.), сегодня рассматривают клинически высоко значимым и перспективным подходом в диагностике заболеваний зрительной системы [16]. Бессимптомная потеря зрения является особенностью начала многих нейродегенеративных расстройств сетчатки и головного мозга [17]. Поэтому дифференциальный вклад М-, Р- и К-путей в субклинические зрительные нарушения определяет прогноз, раннюю диагностику, мониторинг этих заболеваний и выбор адекватного лечения. С другой стороны, предполагается, что селективные потери волокон специфического диаметра, которые возникают при патологии проводящих путей разной этиологии, могут служить ключом в исследованиях дифференциальных свойств М- и Р-систем [18].

Наиболее чувствительным и объективным методом оценки функциональности и уровня поражения зрительных каналов является регистрация зрительных вызванных корковых потенциалов (ЗВП) и паттерн электроретинограммы (ПЭРГ), происходящей во внутренней сетчатке, у истоков зрительных каналов. Относительный вклад активности Р- и M-систем в морфологию ПЭРГ-ответов и ЗВП на реверсирующий или появляющийся/исчезающий паттерн (режим onset/offset) зависит от условий тестирования, избирательно благоприятных для функционирования той или иной клеточной популяции и различных каналов зрительной системы. К таким условиям, с учетом физиологических свойств Р- и М-ГК, относятся яркостный контраст смежных элементов паттерна, пространственная и темпоральная частота и цветовой (хроматический) контраст, к которым по-разному чувствительны различные субпопуляции ГК сетчатки и их проекции в ЛКТ и V₁.

Чувствительность М- и Р-путей к контрасту. Тест контрастной чувствительности (КЧ) считается наиболее простым методом оценки функциональности Р- и М-систем. Оценка К.Ч. основана на определении дифференциального ответа М- и Р-систем на увеличение контраста [19]. Действительно, в диапазоне очень низкого контраста М-система реагирует крутым возрастанием ответа с повышением контрастности стимула, и затем функция насыщается при контрасте около 16—32% [20]. Ответ Р-пути отсутствует до контраста около 10% и линейно возрастает во всем дальнейшем диапазоне возрастающей контрастности. Наклон линейной части кривой контраст—ответ называют «усилением контраста» (contrast gain), который почти в 10 раз больше для M-, чем для P-системы [20]. Поэтому в психофизических и электрофизиологических исследованиях классически предъявляются стимулы низкого контраста для оценки функции М-системы и стимулы, модулируемые вокруг постоянного уровня высокого контраста для выделения функции Р-системы.

Однако сегодня поколеблено представление, что М- и Р-вклад в ЗВП может быть изолирован или однозначно дифференцирован по характеру функции контраст—ответ [21]. Отнесение ЗВП-ответов к М- или Р-системе на основании только свойств функции контраст—ответ сопряжено с определенными трудностями. Например, как отмечается в недавнем аналитическом исследовании, при многих условиях тестирования Р-путь может реагировать на снижение контраста стимула так же, как и М-путь [9]. Несмотря на это, отведения электрических потенциалов от одиночных клеток показывают более низкие пороги контрастной чувствительности для М-нейронов [10], в поведенческих исследованиях на животных отмечаются наибольшие потери контрастной чувствительности после повреждения Р-слоев ЛКТ [3], что говорит о более низком пороге для Р-пути. С другой стороны, контрастный порог для М-системы ниже, чем для Р-системы, при пространственных частотах меньше 1,5 цикл/град [22, 23] и высоких временных частотах. Таким образом, Р-система может опосредовать обнаружение очень низкого контраста при многих условиях. Несмотря на то что при низком контрасте функция контраст—ответ для М-нейронов более крутая и с лучше выраженным насыщением, чем функция Р-нейронов, остается неясным, можно ли, основываясь на этих характеристиках, достаточно надежно идентифицировать М- и Р-нейроны. Кроме того, отмечается, что формы функций контраст—ответ М- и Р-нейронов не уникальны только для этих клеточных типов. Например, у корковых нейронов V₁ найдены функции контраст—ответ, подобные таковым у Р-нейронов [24].

Пространственно-временная селективность М- и Р-систем. При паттерн-стимуляции имеется приблизительное соответствие между размером элементов паттерна и размером рецептивного поля ГК сетчатки [25]. Классические работы на приматах [3, 9] и психофизические исследования у человека [22] показали, что М-система более чувствительна к стимулам низкой пространственной и высокой временной частоты. В отличие от нее Р-система лучше отвечает на стимулы низкой темпоральной и высокой (и средней) пространственной частоты [23]. Стационарная ПЭРГ на решетки реверсивного контраста имеет широкополосную пространственную настройку по амплитуде с максимумом на промежуточных пространственных частотах и ослаблением на низких и высоких частотах. Ослабление амплитуды при низких пространственных частотах, как полагают, отражает антагонистические взаимодействия центра—периферии рецептивного поля нейронов внутренней сетчатки [26]. В функции временная частота—ПЭРГ амплитуда ответа на стимулы яркостного контраста также максимальна на промежуточных частотах и уменьшается при более высоких и более низких частотах. У приматов показан гораздо более слабый ответ нейронов М-системы на равнояркие цветные стимулы по сравнению с нейронами Р-системы [27]. Однако в таких условиях функция пространственная частота—ответ для Р-клеток сдвигается в сторону более низких пространственных частот [28]. Поэтому при использовании стимулов высоких пространственных частот Р-нейроны могут слабее отвечать на равнояркие хроматические, чем на яркостные, стимулы (цит. по [29]).

ЗВП и ПЭРГ на паттерны яркостного контраста. За пороговые ответы на красно-зеленые паттерны чисто хроматического контраста отвечает Р-путь. Эксперименты на обезьянах показали, что цветовая контрастная чувствительность исчезает при сохранности яркостной контрастной чувствительности после селективного поражения P-клеток ЛКТ [28]. Избирательное поражение в М-слоях ЛКТ, наоборот, оставляет интактной цветовую контрастную чувствительность и более или менее значительно (в зависимости от пространственной и временной частоты) ухудшает яркостную контрастную чувствительность, [3]. Модуляция смежных элементов паттерна по яркостному и хроматическому контрасту вызывает ПЭРГ-ответы, которые отражают свойства различных субпопуляций ГК сетчатки [30—32]. Специфичные типы ГК дифференциально поражаются при различных заболеваниях сетчатки [32—36]. При соответствующих характеристиках стимула ЗВП, так же как и ПЭРГ, будут отражать дифференциальный вклад активности М-, Р- и К-путей [37]. Выявление селективных изменений ЗВП на паттерны яркостного и хроматического контраста клинически значимо для идентификации поражения конкретных зрительных каналов. Особую клиническую значимость имеют тесты с применением стимулов, позволяющих выделять раздельный вклад в ответ М- и Р-путей в одной и той же записи ЗВП в виде отдельных компонентов с характерной латентностью. Для ЛКТ разница в латентности ответов М- и Р-нейронов составляет около 15 мс [38]. В процессе передачи сигнала от ЛКТ к V₁ более медленная скорость проведения в Р-пути добавляет еще около 5 мс к этой разнице. Таким образом, при полифазной морфологии ЗВП, у пиков, имеющих М-природу, имеются более короткие латентности, чем у сигналов, опосредованных Р-системой. Для М- и Р-компонентов фотопических ЗВП сдвиг латентности равен примерно 20 мс [39—41].

Таким образом, тайминг различных пиков в волновом фронте ЗВП отражает различие их прекортикальных источников [40, 42]. Фронт ЗВП формируется ответами клеток разных типов, с различной магнитудой и разной латентностью, дающими вклад в морфологию суммарного сигнала.

Изменение морфологии ЗВП детально исследовалось в ответах на однородный стимул-пятно с угловым размером 9°, с прямоугольно модулируемой яркостью с частотой 2 Гц при различной освещенности [43]. Исследовалось, насколько значительно изменяется вес (доля) М- и Р-входов в кору головного мозга при переходе от колбочкового к палочковому зрению. Это исследование показало, что на всех уровнях световой адаптации доминирующим источником ЗВП на высокий контраст являются связанные с Р-системой корковые ответы, независимо от того, опосредован ли ответ палочковой или колбочковой системой. Более того, суммарные ЗВП отражают преимущественную активность Р-пути даже при столь низких уровнях освещенности, при которых можно зарегистрировать лишь слабые ответы от одиночных Р-нейронов.

Имеющие различную пиковую латентность позитивные компоненты ЗВП здорового человека P₀, P₁, P₂ и P₃, по данным этих авторов, по-разному проявляются при фотопических, мезопических и скотопических уровнях освещенности. Ранний Р₀ лучше видим в мезопических условиях, благоприятных для проявления палочко-колбочковых взаимодействий. Р₀ связывают с колбочковым входом, опосредованным М-системой, а Р₁ — с колбочковым входом в зрительную кору, опосредованным Р-системой. В чистых записях ЗВП с низким уровнем шума, при мезопических уровнях освещенности различие между Р₀ и Р₁ наиболее очевидно для ответов на малоконтрастные стимулы. В этих случаях Р₀ и Р₁ дают вклад в форму сигнала с двойным пиком («расщепление» Р₁) или одиночным пиком с ярко выраженным «плечом» в морфологии сигнала. При зашумленных записях определение пиков ранних компонентов затруднительно, но они могут угадываться в виде перегиба на расширенном фронте сигнала [43].

В мезопических условиях повышение яркости высококонтрастных ахроматических (неструктурированных) мельканий приводило к разделению основного пика Р₁ на два четких пика — Р₁ (на 135—145 мс) и Р₂ (на 170—175 мс), являющихся соответственно колбочковым (P₁) и палочковым (P₂) ответами. Разница латентности в 20—40 мс для P₁ и P₂, как полагают, может отражать палочко-колбочковый сдвиг в мезопических уровнях освещенности [43]. Отмечено, что при мезопической освещенности латентность Р₂ особенно чувствительна к воздействию небольших изменений в среднем уровне яркости. Иногда в мезопических ответах на высококонтрастный стимул виден пик Р₃, отстающий от Р₂ примерно на 40 мс, который, предположительно, также опосредован палочковой системой. Компоненты P₂ и P₃ относят соответственно к медленным и быстрым палочковым ответам, отражающим активность Р-системы. Эти исследования были выполнены для однородных ахроматических стимулов, модулированных по яркости, или для комбинации ахроматических и хроматических неструктурированных стимулов. В других работах чаще использовались паттерн-стимулы: реверсирующие или на включение/выключение паттерна [44] в виде горизонтальных решеток и шахматного поля (или шотландской клетки). Условия стимуляции существенно влияют на результаты исследований.

ЗВП и ПЭРГ на паттерны хроматического контраста. Изменяя относительную яркость смежных элементов паттерна — красных и зеленых или синих и желтых, можно получить значение, при котором амплитуда ПЭРГ минимальна или максимальна. Это происходит в условиях равноярких элементов паттерна, которые можно измерить с помощью стандартных методов психофизических исследований. В психофизических исследованиях уравнивание по яркости получают достижением красно-зеленого и сине-желтого цветового соотношения, при котором хроматические решетки с частотой 15 и 10 Гц соответственно минимально видимы.

У человека и макаки изучали стационарные ПЭРГ-ответы на красно-зеленые шахматные паттерны, модулированные по цвету (хроматический контраст), а также красно-черные, зелено-черные и желто-черные паттерны, модулированные по яркостному контрасту [30, 31]. Амплитуда и фаза ПЭРГ измерялись как функция пространственной и временной частоты синусоидального реверса контрастности. В пространстве и времени ответ на хроматические паттерны был низкополосным, в то время как ответ на яркостные паттерны — широкополосным и распространялся на более высокие пространственные и временные частоты. Фаза ПЭРГ на хроматические стимулы систематически отставала по сравнению с яркостными стимулами на величину, близкую к 20 мс. Для стимулов и яркостного, и цветового контраста амплитуда транзиентных ПЭРГ возрастала с увеличением контрастности паттерна. По мнению авторов, различия в латентности ответа и времени интеграции яркостных и хроматических стимулов, наблюдаемые в психофизических и электрофизиологических исследованиях, могут возникать, по крайней мере частично, на уровне сетчатки.

У макак [30] темпоральная функция хроматической ПЭРГ была низкочастотной со срезом около 15 Гц, в то время как яркостная функция имела двойной пик и распространялась на более высокие временные частоты (около 30 Гц). Интересно, что у двух обезьян, у которых зрительная хиазма была разрезана в сагиттальной плоскости, наблюдалась массивная дегенерация ГК в назальной сетчатке при их сохранности в височной сетчатке, что было верифицировано результатами гистологического исследования. У этих животных в темпоральной сетчатке был записан ответ большой магнитуды как на яркостные, так и на хроматические паттерны, но для всех стимулов отсутствовал ответ от назальной сетчатки. Это подтверждает, что ПЭРГ на яркостные и хроматические стимулы возникает во внутренних слоях сетчатки. Электрофизиологические исследования показывают также, что ПЭРГ-ответы на цветооппонентные стимулы наиболее вероятно связаны с активностью P-клеток. Обнаружено, однако, что P-клетки могут вносить существенный вклад и в ПЭРГ на яркостные стимулы (наряду с M-клетками). Морфология транзиентных хроматических ПЭРГ в здоровых глазах похожа на форму ПЭРГ на яркостный контраст, но значительна разница латентности ответов, составляющая около 20 мс [31, 34, 45].

При пространственной частоте 0,3 цикл/град ПЭРГ и на яркостные, и на хроматические паттерны имеют приблизительно одинаковую амплитуду [31]. Учитывая это, стимул пространственной частоты 0,3 цикл/град был использован в психофизических исследованиях КЧ и в регистрации транзиентных ПЭРГ и ЗВП [33]. Использовались красно-зеленые решетки чистого хроматического контраста (равнояркие), а также желто-черные решетки чистого яркостного контраста. Авторами данной работы показано, что амплитуда хроматических и яркостных ПЭРГ у здоровых лиц возрастает с повышением размера стимула и стремится к насыщению для паттернов с наибольшими размерами смежных элементов паттерна. Однако хроматические ПЭРГ насыщаются при значительно меньших размерах общей площади стимуляции (300—600 град²) по сравнению с аналогичным показателем яркостной ПЭРГ (1500 град² и более). Эти наблюдения означают, что хроматические и яркостные стимулы тестируют активность генераторов, имеющих различное распределение в сетчатке. Хроматические ПЭРГ имели морфологию ответа, аналогичную яркостным ПЭРГ, однако меньшую амплитуду и большую латентность позитивного пика (P80 против P60). Латентность главного позитивного пика хроматической ПЭРГ была замедлена в среднем на 20 мс относительно яркостной ПЭРГ. Различались также изменения параметров ПЭРГ при повышении темпоральной частоты для желто-черных яркостных и красно-зеленых хроматических стимулов. Темпоральная настройка для амплитуды яркостной ПЭРГ продемонстрировала широкий максимум между 6 и 12 Гц, вторичный максимум около 20 Гц и срез высоких темпоральных частот в диапазоне от 25 до 30 Гц [33].

При записи ЗВП на появление/исчезновение (режим onset—offset) паттерна ответы на сине-желтые стимулы обычно имеют меньшую амплитуду (за исключением стимулов низких пространственных частот), большую латентность и более высокое значение порогового контраста, чем ЗВП на красно-зеленые стимулы (цит. по Sannita W. и соавт., 2009]). Для равноярких сине-желтых решеток при снижении контраста происходит удлинение латентности и редукция амплитуды негативного (в режиме onset) и позитивного (offset) компонентов.

Гамма-активность коры: вклад в морфологию ЗВП. Частота спайков и мембранный потенциал нейронов в многослойных корковых структурах спонтанно осциллируют в полосе частот около 20—80 Гц (гамма-диапазон), что объясняют свойствами клеточной мембраны (цит. по [46]). При многоклеточных отведениях от зрительной коры бодрствующих кошек и обезьян показано, что эти осцилляции усиливаются сенсорной стимуляцией и, таким образом, могут проявляться в суммарных вызванных корковых потенциалах. Связанный со стимулом гамма-ответ опосредуется сетью тормозных интернейронов, взаимодействующих с пирамидальными клетками.

Осцилляторный компонент ЗВП в диапазоне частот 20—40 Гц (с пиковой частотой в полосе 25—35 Гц) выделяли фильтрацией из широкополосных ЗВП-ответов на транзиентную (паттерн-реверсивную или onset/offset) контрастную стимуляцию [47]. У человека общий гамма-ответ почти полностью синхронизирован по фазе со стимулом и имеет более короткую латентность, чем низкочастотные (обычные) компоненты ЗВП. Осцилляторные гамма-ответы наблюдались даже в отсутствие идентифицируемых ЗВП-сигналов у многих пациентов с заболеваниями сетчатки, включающими также более высокие уровни зрительной системы [48]. Эти факты предполагают, что гамма-компонент частично независим от низкочастотных компонентов ЗВП [48]. Различие гамма-ответов на ахроматические и цветные стимулы указывает на разный вклад в них Р- и М-путей [47]. Однако корковый источник связанной со стимулом гамма-активности независим от типа активированного (М, Р или К) зрительного пути, что, как полагают, подтверждает гипотезу о роли гамма-осцилляций в фазовом кодировании нейронной активности.

Объективным методом оценки функциональности зрительных путей является регистрация ЗВП и ПЭРГ. Использование условий стимуляции, избирательно благоприятных для функционирования одной из систем, позволяет в параллельных исследованиях ПЭРГ и ЗВП выявлять дисфункцию цветовых каналов, определять нарушение пространственной и темпоральной настройки Р- и М-путей. Кроме того, различное время интеграции нейронов и разная скорость проведения сигнала по М- и Р-пути определяют специфический тайминг М- и Р-компонентов ЗВП, в связи с чем они могут идентифицироваться в одной и той же записи ЗВП, что позволяет оценивать вклад селективного ослабления зрительных каналов по изменению морфологии ответа.

Конфликт интересов отсутствует .