Работа, выполненная в лаборатории Маркуса Майстера, Анны П. и профессора биологических наук Бенджамина Ф. Бьяджини, будет опубликована 14 апреля в печатном выпуске журнала Nature.У людей зрение обеспечивается двумя типами светочувствительных фоторецепторных клеток, называемых палочками и колбочками. Когда эти фоторецепторы обнаруживают свет, они посылают сигнал специализированным нейронам сетчатки, называемым ганглиозными клетками сетчатки, или RGC, которые затем передают визуальную информацию в мозг, отправляя электрические импульсы вдоль зрительного нерва.
Стандартный учебник биологии, вероятно, объяснит, что зрение при тусклом свете обеспечивается стержнями — чувствительными световыми детекторами, которые способны производить только черно-белое зрение. Цветовое зрение, с другой стороны, обеспечивается колбочками, которые активны при ярком свете.
У людей есть три типа колбочек, и каждая колбочка содержит различное светочувствительное химическое вещество или пигмент, который реагирует на разные цвета или длины волн света. У нас есть колбочки, чувствительные к красному, зеленому и синему цвету, и мозг воспринимает цвет, сравнивая различные сигналы, которые он получает от соседних колбочек каждого типа.Чтобы выяснить, существуют ли другие режимы цветового зрения, Мейстер и его команда изучили другое млекопитающее: мышь.
Предыдущие поведенческие исследования показали, что мыши действительно способны к некоторой форме цветового зрения. Как и у людей, это зрение зависит от световых сигналов, улавливаемых колбочками.
У мышей есть два типа колбочек: одни чувствительны к средневолновому зеленому свету, а другие — к коротковолновому ультрафиолетовому свету (УФ).«Странность мыши заключается в том, что эти два вида колбочек на самом деле расположены в разных частях сетчатки», — говорит Мейстер. «Мыши смотрят на верхнюю часть поля зрения своими ультрафиолетовыми конусами и нижнюю часть своими зелеными конусами.
Мы хотели знать, как мышь воспринимает цвет, когда любая заданная часть изображения анализируется только одним конусом или другим конусом. — это означает, что мозг не может сравнить два сигнала конуса, чтобы определить цвет ».Исследователи обнаружили, что определенный тип нейрона в сетчатке мышей, называемый ганглиозными клетками сетчатки JAMB (J-RGC), имеет решающее значение.
Эти J-RGC могут сигнализировать о цвете в мозг, потому что они срабатывают быстрее в ответ на зеленый свет и прекращают срабатывать в ответ на ультрафиолетовый свет. Любопытно, что J-RGC включались зеленым светом даже в верхней части поля зрения, которая не содержала зеленых колбочек.Путем дополнительных экспериментов Мейстер и его команда обнаружили, как J-RGC сравнивает сигналы от ультрафиолетовых конусов с сигналами от стержней, которые также чувствительны в зеленой части спектра.
Это впервые выявило существенные антагонистические отношения между палочками и колбочками сетчатки. Палочки возбуждают нейрон, называемый горизонтальной клеткой, которая затем подавляет ультрафиолетовые конусы.
Майстер и его коллега, первый автор Максимилиан Йош из Гарвардского университета, хотели определить, как эта система цветового зрения будет полезна для мыши в ее естественной среде. Чтобы выяснить это, они оснастили камеру фильтрами, которые воспроизводили бы длины волн, обнаруживаемые палочками и колбочками мыши, и использовали ее для получения изображений растений и материалов, с которыми мышь может столкнуться в природе.Их фотографическая охота за мусорщиками позволила получить два материала — семена и мочу мыши — которые были гораздо более заметны через зеленую и ультрафиолетовую систему мыши, чем через цветное зрение человека.
Исследователи предполагают, что, поскольку мышам нужны семена для пропитания и они используют мочу для социального общения — через «столбики мочи», форму территориальной маркировки, — они могут использовать этот механизм, чтобы находить пищу и определять местонахождение соседей.Мейстер говорит, что есть основания полагать, что этот же путь — от палочек к горизонтальным клеткам и колбочкам — отвечает за восприятие человеком синего цвета в тусклом свете.
В сетчатке человека горизонтальная клетка преимущественно подавляет красные и зеленые колбочки, но не синие колбочки.«В очень тусклом свете наши колбочки не получают достаточно фотонов для работы, но они продолжают излучать базовый сигнал низкого уровня для остальной части сетчатки, который не зависит от света», — объясняет он.
Однако стержни активны, и через горизонтальную ячейку они подавляют как красный, так и зеленый колбочки. Поскольку этот базовый сигнал от красного и зеленого конусов подавлен, похоже, что синие конусы более активны. сетчатка, кажется, все в поле зрения синее ".Так что, возможно, выбор Ван Гога цвета для ночного неба был не только художественным, но и биологическим решением. «Цвет заинтриговал ученых, художников и поэтов всей человеческой цивилизации.
Наша статья помогает понять, как воспринимается это качество мира», — говорит Майстер.