Форма света меняет зрение

Зрение — сложный процесс, который успешно расшифрован многими дисциплинами (физикой, биохимией, физиологией, неврологией). Хотя весь процесс занимает время, недавние исследования показали, что первая стадия зрения — восприятие света — чрезвычайно быстра. Однако анализ этого решающего шага ранее проводился на молекулах в растворе в лаборатории.

Учёные из Женевского университета (UNIGE) совместно с EPFL и Университетской больницей Женевы (HUG) воспроизвели эксперимент на мышах, чтобы наблюдать обработку света живым организмом во всей его сложности. Это неинвазивное исследование показывает, что не только энергия света определяет реакцию сетчатки. Его форма — короткая или длинная — также влияет на сигнал, отправляемый в мозг для формирования изображения. Это открытие, опубликованное в журнале Science Advances, открывает новое поле исследований в области зрения, диагностики и новых лечебных возможностей.

Клеточный механизм зрения и скорость реакции

«В глазу первая стадия зрения основана на малой молекуле — ретинале, — которая при контакте со светом меняет форму», — объясняет Джеффри Голье, первый автор исследования. Когда ретиналь изменяет свою геометрическую форму, она запускает сложный механизм, приводящий к генерации нервного импульса в зрительном нерве.

Физики изолировали эту молекулу в кювете и подвергли её лазерным импульсам. Молекула реагировала примерно за 50 фемтосекунд. «Для сравнения: одна фемтосекунда по отношению к секунде — это как одна секунда по отношению к возрасту Вселенной», — отмечает профессор Жан-Пьер Вольф, последний автор исследования.

Учёные задались вопросом, сохраняется ли такая скорость в живом организме. С помощью биологов они провели электроретинограмму на мышах, используя контактную линзу. Метод позволил измерить интенсивность сигнала, отправляемого в зрительный нерв. Результаты показали, что эта стадия происходит с той же экстремальной скоростью, что и у изолированной молекулы.

Влияние формы светового импульса

Команда продолжила исследование, варьируя форму световых импульсов во времени при сохранении одинаковой энергии (числа фотонов). «Иногда импульс короткий, иногда длинный, иногда разрезанный и т.д.», — объясняет Джеффри Голье.

До сих пор считалось, что только количество фотонов, захваченных глазом, играет роль. «Но это не так», — говорит учёный. Исследователи наблюдали, что реакции глаза менялись в зависимости от формы света, даже при идентичной световой энергии.

«Мы также обнаружили, что реакция глаза отличалась в зависимости от порядка, в котором менялись цвета, например, во временной радуге, даже если они следовали друг за другом чрезвычайно быстро», — говорит Жан-Пьер Вольф. Сетчатка «считает», что света больше или меньше в зависимости от формы светового импульса, и поэтому отправляет в мозг более сильный или слабый ток.

Это открытие открывает новое поле исследований. «Теперь, когда мы знаем, что форма света играет роль в восприятии, мы можем использовать эти знания, чтобы заставить глаз работать иначе», — предлагает Жан-Пьер Вольф. Теперь могут быть разработаны направления для новых возможностей диагностики или лечения слабостей зрения.