Väitös neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan alalta, M.Sc. Nataliia Martyniuk

Väitöskirjan nimi: Verkkokalvon toiminnan ja visuaalisen käyttäytymisen kytkentä näön herkkyyden rajalla

Väittelijä: Nataliia Martyniuk
Vastaväittäjä: apulaisprofessori Soile Nymark, Tampereen yliopisto
Kustos: Adjunct Professor Petri Ala-Laurila, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Kaikki silmästä aivoihin välittyvä näköinformaatio koodataan hermoimpulsseina verkkokalvon gangliosoluissa. Vielä on kuitenkin pitkälti epäselvää, miten eri gangliosolutyyppien signaaleja käytetään visuaalisen käyttäytymisen ohjaamiseen. Tämä väitöstutkimus tarkastelee, miten verkkokalvon gangliosolujen toiminta liittyy käyttäytymiseen näköaistin herkkyyden rajalla sekä miten gangliosolupopulaatiot koodaavat näköinformaatiota.

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, mitkä verkkokalvon gangliosolutyypit tukevat visuaalisesti ohjattua käyttäytymistä erittäin heikoissa valaistusolosuhteissa sekä ymmärtää hermostollisia mekanismeja, jotka muokkaavat informaation koodausta hermosolupopulaatioissa. Tutkimuksessa yhdistettiin elektrofysiologisia mittauksia, käyttäytymiskokeita vapaasti liikkuvilla hiirillä, laskennallista mallinnusta sekä edistyneitä kuvantamismenetelmiä.

Tulokset osoittavat, että verkkokalvon herkimmät ON- ja OFF-alfagangliosolut spesifisesti ohjaavat käyttäytymistä eri lailla. Nämä solut reagoivat valoon eri tavoin: ON-alfasolujen impulssitiheys kasvaa valon lisääntyessä, kun taas OFF-alfasolujen aktiivisuus vähenee. Käyttäytymiskokeet osoittivat, että himmeiden valon lisäysten havaitseminen perustuu pääasiassa ON-alfagangliosolujen toimintaan, kun taas himmeiden valon vähenemisten eli niin sanottujen kvanttivarjojen havaitseminen riippuu OFF-alfagangliosoluista.

Lisäksi väitöskirjassa esitellään uusi kokeellinen lähestymistapa, jossa nelielektrodinen patch clamp -mittaus yhdistetään kaksifotonikuvantamiseen. Menetelmä mahdollistaa synaptisten syötteiden, hermoimpulssien ja dendriittisen morfologian samanaikaisen mittaamisen pienestä verkkokalvon hermosolupopulaatiosta. Menetelmän avulla osoitettiin, että dendriittinen järjestäytyminen vaikuttaa merkittävästi hermosolujen välisen korreloidun aktiivisuuden muodostumiseen ja että solupopulaation kohinakorrelaatioiden rakenne voidaan selittää eksitatoristen syötevirtojen parittaisilla korrelaatioilla.

Tulokset lisäävät ymmärrystä siitä, miten hermoverkot koodaavat aistitietoa ja miten aivot lukevat hermosolupopulaatioiden signaaleja käyttäytymisen ohjaamiseksi. Tutkimus on merkityksellinen aistitiedon käsittelyä, hermosolupopulaatioiden koodausta sekä näköaistin perustavanlaatuisia herkkyysrajoja koskevalle neurotieteelliselle tutkimukselle.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot: nataliia.martyniuk@aalto.fi