Нейробиологи из Института Фридриха Мишера смогли проанализировать механизм в сетчатке, который способствует нашей способности видеть как в темноте, так и на свету. Они определили клеточный переключатель, который активирует отдельные нейронные цепи при определенном уровне освещенности. Клетки-переключатели сетчатки действуют быстро и надежно, чтобы включать и выключать вычисления, специально предназначенные для зрения при низком и высоком уровнях освещенности, тем самым облегчая переход от ночного видения к дневному. Ученые опубликовали свои результаты в сети Neuron.
"Было увлекательно наблюдать, как современные нейробиологические методы позволяют нам ответить на вопрос о зрении, который спорно обсуждался последние 50 лет", сказал Карл Фэрроу, научный сотрудник группы Ботонда Роска в Институте биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера. С конца 1950 года ученые обсуждали, как сетчатка обрабатывает различные зрительные процессы при низкой и высокой интенсивности света, при свете звезд и при дневном свете. Фэрроу и его коллеги определили клеточный переключатель в сетчатке глаза, который контролирует восприятие во время этих двух настроек.
На первый взгляд все кажется ясным. Взаимодействие двух типов фоторецепторов в сетчатке, палочек и колбочек, позволяет нам видеть в широком диапазоне интенсивности света. Палочки очень чувствительны и срабатывают в темноте; колбочки активируются в течение дня и у людей бывают трех видов, что позволяет нам видеть цвет. Стержни помогают нам обнаруживать объекты в ночное время; в то время как конусы позволяют нам различать мелкие детали этих объектов в течение дня. Множество исходных сигналов, исходящих от фоторецепторов, вычисляется в системе всего примерно из 20 нейронных каналов, передающих информацию в мозг. Ретрансляционные станции – это примерно 20 типов ганглиозных клеток сетчатки. Как они управляют переходом от светлого к темному и позволяют видеть при различных световых режимах, остается неясным.
В сетчатке несколько слоев клеток наложены друг на друга. Фоторецепторы первыми активируются светом; они передают информацию биполярным клеткам, которые, в свою очередь, активируют ганглиозные клетки. Различные типы ганглиозных клеток берут на себя разные задачи во время зрения. Эти ганглиозные клетки встроены в сеть амакриновых клеток, которые регулируют их активность. "Вот где наши новые генетические инструменты оказались очень полезными," сказал Фэрроу, "потому что они позволили нам посмотреть на отдельные типы ганглиозных клеток и конкретно измерить их активность при разной интенсивности света." Таким образом, Фэрроу и его коллеги смогли показать, что активность одного конкретного типа ганглиозных клеток, называемого PV1, модулируется амакриновыми клетками подобно переключателю. Амакриновые клетки сильно подавляют ганглиозные клетки при высокой интенсивности света и слабо при низких уровнях окружающего освещения. Это переключение является резким и обратимым, и оно происходит при яркости света, когда начинают активироваться конусы. "Мы были удивлены, увидев, как быстро происходит это переключение и насколько надежно мы могли переключаться между двумя состояниями при определенной интенсивности света", комментарии Фэрроу.
Хотя описанные выше эксперименты проводились на модели мышей, нейробиологи из FMI смогли показать, что аналогичный переключатель действует и в человеческом зрении. Их добровольцам приходилось смотреть на узкие и более широкие полосы при разном уровне освещенности. Они могли показать, что снова работает переключатель. В то время как общая способность видеть все полосатые узоры улучшалась с увеличением интенсивности света, внезапно, при определенном уровне освещенности, добровольцы были намного лучше способны обнаруживать более тонкие узоры по сравнению с более широкими. Достаточно интересно, что это переключение произошло именно на том уровне освещенности, когда добровольцы также могли различать красный и синий, следовательно, здесь вступают в действие колбочки. "Мы думаем, что нашли регулирующий принцип, который может применяться к нескольким процессам в головном мозге", сказал Роска, "Этот принцип может объяснить некоторые ситуации, когда постепенные изменения сенсорной среды приводят к резким изменениям в вычислениях и восприятии мозга"