Ученые обнаружили, что форма света меняет зрение человека
11.05.2021 357 0
Ученые из UNIGE показали, что реакция сетчатки на свет зависит не только от интенсивности света, воспринимаемого глазом, но также от его временной формы и порядка расположения цветов.
Зрение — это сложный процесс. Сетчатка глаза улавливает свет, зрительный нерв передает электрические импульсы в мозг, который в конечном итоге формирует восприятие изображения. Хотя этот процесс занимает некоторое время, недавние исследования показали, что первая стадия зрения, восприятие самого света, происходит чрезвычайно быстро.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Ученые из Женевского университета (UNIGE) в сотрудничестве с EPFL и университетскими больницами Женевы (HUG), Швейцария, воспроизвели эксперимент на мышах, чтобы наблюдать обработку света живым организмом во всей его сложности. Это неинвазивное исследование показывает, что световая энергия сама по себе не определяет реакцию сетчатки. Его форма — короткая или длинная — также влияет на сигнал, посылаемый в мозг для формирования изображения.
Это открытие открывает новую область исследований в области зрения, диагностики и, возможно, новых лечебных возможностей.
«В глазу первая стадия зрения основана на небольшой молекуле — сетчатке, которая при контакте со светом меняет форму. Когда сетчатка меняет свою геометрическую форму, она запускает сложный механизм, который приводит к возникновению нервного импульса в зрительном нерве», — объясняет Джеффри Голье, научный сотрудник отдела прикладной физики факультета естественных наук UNIGE и первый автор исследования.
Этот процесс занимает некоторое время между моментом, когда глаз воспринимает свет, и моментом, когда мозг его декодирует.
Физики посмотрели на самую первую молекулу в цепи, сетчатку, чтобы увидеть, сколько времени потребовалось, чтобы изменить ее форму. Они изолировали эту молекулу и подвергли ее воздействию лазерных импульсов, чтобы проверить скорость ее реакции. К их большому удивлению, молекула прореагировала примерно за 50 фемтосекунд. Одна фемтосекунда — одна квадриллионная или одна миллионная одной миллиардной секунды.
«Это настолько быстро, что мы задавались вопросом, может ли молекула достичь этой скорости только тогда, когда она изолирована, или же она обладает такой же скоростью в живом организме», — отмечает Жан-Пьер Вольф, профессор секции физики UNIGE, один из авторов исследования.
Чтобы детально изучить эту первую стадию зрения, ученые обратились к биологам, в частности к Ивану Родригесу и Педро Эррере, профессорам факультетов естественных наук и медицины UNIGE соответственно, которые установили контактные линзы и провели электроретинограмму на мышах.
Когда свет попадает на сетчатку, можно наблюдать электрическое напряжение на роговице благодаря электронному усилителю. Результаты эксперимента показали, что эта стадия протекала с такой же экстремальной скоростью, как когда молекула изолирована. Команда продолжила исследование, изменяя форму импульсов с течением времени.
«Мы всегда посылаем одну и ту же энергию, одно и то же количество фотонов, но мы меняем форму светового импульса. Иногда пульс короткий, иногда длинный, иногда срезанный и т. д.», — объясняет Джеффри Голье.
Действительно, изменение формы не должно вызывать каких-либо изменений в ответе сетчатки, потому что до сих пор считалось, что роль играет только количество фотонов, захваченных глазом. Однако это не так.
Этот результат можно объяснить с помощью компьютерного моделирования, выполненного в группе Урсулы Рётлисбергер из EPFL. Ученые заметили, что глаз не реагировал одинаково в зависимости от формы света, хотя световая энергия была одинаковой.
«Мы также обнаружили, что реакция глаза различалась в зависимости от порядка, в котором менялись цвета, например, как во временной радуге, хотя они следуют друг за другом очень быстро», — продолжает Жан-Пьер Вольф.
По его словам, сетчатка считает, что света больше или меньше в зависимости от формы света, в то время как энергия аналогична, и поэтому посылает более сильный или более слабый ток в мозг в зависимости от его реакции.+
Это открытие, сделанное в рамках проекта Sinergia Швейцарского национального научного фонда (SNSF), открывает новую область исследований в области зрения.
Зрение — это сложный процесс. Сетчатка глаза улавливает свет, зрительный нерв передает электрические импульсы в мозг, который в конечном итоге формирует восприятие изображения. Хотя этот процесс занимает некоторое время, недавние исследования показали, что первая стадия зрения, восприятие самого света, происходит чрезвычайно быстро.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Ученые из Женевского университета (UNIGE) в сотрудничестве с EPFL и университетскими больницами Женевы (HUG), Швейцария, воспроизвели эксперимент на мышах, чтобы наблюдать обработку света живым организмом во всей его сложности. Это неинвазивное исследование показывает, что световая энергия сама по себе не определяет реакцию сетчатки. Его форма — короткая или длинная — также влияет на сигнал, посылаемый в мозг для формирования изображения.
Это открытие открывает новую область исследований в области зрения, диагностики и, возможно, новых лечебных возможностей.
«В глазу первая стадия зрения основана на небольшой молекуле — сетчатке, которая при контакте со светом меняет форму. Когда сетчатка меняет свою геометрическую форму, она запускает сложный механизм, который приводит к возникновению нервного импульса в зрительном нерве», — объясняет Джеффри Голье, научный сотрудник отдела прикладной физики факультета естественных наук UNIGE и первый автор исследования.
Этот процесс занимает некоторое время между моментом, когда глаз воспринимает свет, и моментом, когда мозг его декодирует.
Физики посмотрели на самую первую молекулу в цепи, сетчатку, чтобы увидеть, сколько времени потребовалось, чтобы изменить ее форму. Они изолировали эту молекулу и подвергли ее воздействию лазерных импульсов, чтобы проверить скорость ее реакции. К их большому удивлению, молекула прореагировала примерно за 50 фемтосекунд. Одна фемтосекунда — одна квадриллионная или одна миллионная одной миллиардной секунды.
«Это настолько быстро, что мы задавались вопросом, может ли молекула достичь этой скорости только тогда, когда она изолирована, или же она обладает такой же скоростью в живом организме», — отмечает Жан-Пьер Вольф, профессор секции физики UNIGE, один из авторов исследования.
Чтобы детально изучить эту первую стадию зрения, ученые обратились к биологам, в частности к Ивану Родригесу и Педро Эррере, профессорам факультетов естественных наук и медицины UNIGE соответственно, которые установили контактные линзы и провели электроретинограмму на мышах.
Когда свет попадает на сетчатку, можно наблюдать электрическое напряжение на роговице благодаря электронному усилителю. Результаты эксперимента показали, что эта стадия протекала с такой же экстремальной скоростью, как когда молекула изолирована. Команда продолжила исследование, изменяя форму импульсов с течением времени.
«Мы всегда посылаем одну и ту же энергию, одно и то же количество фотонов, но мы меняем форму светового импульса. Иногда пульс короткий, иногда длинный, иногда срезанный и т. д.», — объясняет Джеффри Голье.
Действительно, изменение формы не должно вызывать каких-либо изменений в ответе сетчатки, потому что до сих пор считалось, что роль играет только количество фотонов, захваченных глазом. Однако это не так.
Этот результат можно объяснить с помощью компьютерного моделирования, выполненного в группе Урсулы Рётлисбергер из EPFL. Ученые заметили, что глаз не реагировал одинаково в зависимости от формы света, хотя световая энергия была одинаковой.
«Мы также обнаружили, что реакция глаза различалась в зависимости от порядка, в котором менялись цвета, например, как во временной радуге, хотя они следуют друг за другом очень быстро», — продолжает Жан-Пьер Вольф.
По его словам, сетчатка считает, что света больше или меньше в зависимости от формы света, в то время как энергия аналогична, и поэтому посылает более сильный или более слабый ток в мозг в зависимости от его реакции.+
Это открытие, сделанное в рамках проекта Sinergia Швейцарского национального научного фонда (SNSF), открывает новую область исследований в области зрения.
| |