Группа нейробиологов Джона Хопкинса выяснила, как недавно открытые датчики света в глазу обнаруживают свет и взаимодействуют с мозгом. Отчет появится в Интернете на этой неделе в журнале Nature.
Эти световые сенсоры представляют собой небольшое количество нервных клеток сетчатки, которые содержат молекулы меланопсина. В отличие от обычных светочувствительных клеток сетчатки – палочек и колбочек – меланопсин-содержащие клетки не используются для просмотра изображений; вместо этого они контролируют уровень освещенности, чтобы регулировать часы тела и контролировать сужение зрачков в глазах, среди других функций.
"Эти клетки, содержащие меланопсин, являются единственным известным фоторецептором, помимо палочек и колбочек у млекопитающих, и возникает вопрос: как они работают??’" говорит Майкл До, доктор философии.D., постдокторант по нейробиологии в Хопкинсе. "Мы хотим понять некоторую фундаментальную информацию, такую как их чувствительность к свету и их связь с мозгом."
Используя мышей, команда сначала проверила светочувствительность этих клеток, мигая светом на клетки и записывая электрический ток, генерируемый одной клеткой. Они обнаружили, что эти клетки очень нечувствительны к свету, в отличие от стержней, которые очень чувствительны и поэтому позволяют нам видеть при тусклом свете ночью, например. По словам До, клетки, содержащие меланопсин, менее чувствительны, чем колбочки, которые отвечают за наше зрение при дневном свете.
"Следующий вопрос: что делает их такими нечувствительными к свету?? Возможно, каждый фотон, который они захватывают, вызывает крошечный электрический сигнал. Тогда должен был быть яркий свет – дающий много захваченных фотонов – для сигнала, достаточно мощного, чтобы повлиять на мозг. Другая возможность состоит в том, что эти клетки плохо улавливают фотоны," говорит делать.
Чтобы понять это, команда осветила камеры тусклым светом. Свет был настолько тусклым, что в среднем только одна молекула меланопсина в каждой ячейке активировалась путем захвата фотона. Они обнаружили, что каждая активированная молекула меланопсина запускает большой электрический сигнал. Более того, к их удивлению, клетка передает этот однофотонный сигнал прямо в мозг.
Однако мощный сигнал, создаваемый этими клетками, казался несовместимым с их потребностью в таком ярком свете. "Мы подумали, что, возможно, им нужно так много света, потому что каждая клетка может также содержать очень мало молекул меланопсина, что снижает их способность захватывать фотоны," говорит Кинг-Вай Яу, доктор философии.D., профессор неврологии в Hopkins. Когда они провели расчеты, исследовательская группа обнаружила, что молекулы меланопсина в 5000 раз реже, чем другие светозахватывающие молекулы, используемые для формирования изображения.
"Похоже, что эти клетки улавливают очень мало света. Однако после захвата свет очень эффективно производит сигнал, достаточно сильный, чтобы попасть прямо в мозг," говорит Яу. "Сигнал также очень медленный, поэтому он не предназначен для обнаружения очень кратких изменений окружающего освещения, а вместо этого предназначен для обнаружения медленных изменений с течением времени."
Интересно, как эти клетки влияют на поведение, исследователи изучили сужение зрачка у мышей, которые были генетически изменены, чтобы не иметь функции палочек и колбочек, чтобы сосредоточиться на активности, происходящей только от клеток, содержащих меланопсин. Мигающий свет у мышей, сидящих в темноте, команда измерила степень сужения зрачка. Они обнаружили, что в среднем примерно 500 светоактивированных молекул меланопсина достаточно, чтобы вызвать реакцию зрачка. "Но для активации 500 молекул меланопсина требуется много света," говорит Яу. "Таким образом, зрачки максимально закрываются только при ярком свете."
"Что касается управления зрачками и биологическими часами, имеет смысл иметь датчик, который реагирует медленно и только на большие изменения освещенности," говорит Яу. "Вы бы не хотели, чтобы ваше тело думало, что каждое облако, проходящее по небу, наступает."
"Эти клетки, содержащие меланопсин, передают свет во многие различные части мозга, чтобы управлять различными формами поведения, от установки циркадных часов до влияния на настроение и движения," говорит делать. "Я хочу знать, как обрабатываются эти сигналы и являются ли они ненормальными при таких расстройствах, как сезонное аффективное расстройство и смену часовых поясов – это то, чем мы надеемся заняться в следующий раз."
В интернете:
нейробиология.чжу.edu / KingWaiYau.php
нейробиология.чжу.edu /
www.природа.com / nature / index.html
Источник: Медицинские учреждения Джонса Хопкинса