Как сетчатка глаза раскрашивает чёрно-белый мир

Большая часть колбочек в человеческом глазу на самом деле создаёт чёрно-белое изображение окружающего нас мира, а закрашивают эту «контурную карту» те фоторецепторы, которые действительно реагируют на цвет.

В сетчатке глаза есть три типа фоторецепторных клеток: светочувствительные ганглионарные клетки, которые сейчас активно исследуют в связи с их ролью в регуляции биологических ритмов, и знаменитые палочки и колбочки.

Палочки сгруппированы большей частью по краям сетчатки, они более чувствительны, чем колбочки, но чувствительность их сконцентрирована около длины волны в 498 нм, что соответствует сине-зелёному свету. (Поэтому в сумерках нам всё кажется зеленовато-синеватым: когда освещённость падает, на первый план выходят палочки, которые ловят преимущественно сине-зелёные оттенки спектра.)

У колбочек же, как мы знаем, есть несколько фоточувствительных белков, благодаря которым колбочки делятся на «сине-фиолетовые», «жёлто-зелёные» (или просто «зелёные») и «жёлто-красные» (или просто «красные»). Считается, что задача колбочек – просто передавать в мозг цветовой сигнал, а мозг уже сам, анализируя количество сигналов того или иного цвета, их интенсивность, расположение и т. д., скомбинирует общую цветовую картину.

Однако исследования Рамкумара Сабесана (Ramkumar Sabesan) и его коллег из Калифорнийского университета в Беркли говорят о том, что механизм цветовосприятия у нас устроен немного иначе. В своих экспериментах они попытались выяснить, как отвечает на свет отдельно взятая колбочка в сетчатке человека.

В эксперименте участвовали два человека, в чьих глазах с помощью специальной микроскопической техники удалось точно определить местоположение примерно 1000 колбочек. Поскольку глаз всё время совершает микродвижения, нужно было научиться предсказывать эти микродвижения. Наконец, имея на руках карту колбочек и зная, как будет двигаться глаз, можно было приступить к главному: на определённую колбочку посылали лазерный луч, а сам участник эксперимента говорил, какого он цвета. За два года исследователям удалось перебрать 273 «зелёных» и «красных» колбочки («синие» пока что остались за бортом).

В итоге оказалось, что большая часть фоторецепторов реагирует не на цвет, а на свет. Например, 119 «красных» колбочки в ответ в ответ на красный луч посылали сигнал белого цвета – человеку казалось, что он видит белый – и только 48 видели собственно красный. Среди «зелёных» белый цвет видели 77, а сам зелёный – только 21. Иными словами, большая часть колбочек, по крайней мере, из тех 273, которые удалось проверить, на самом деле нужна для того, чтобы отличить свет от темноты.

Потенциально все фоторецепторы могут чувствовать цвет, но далеко не все это делают. Кроме того, выяснилось, что те колбочки, которые находятся в окружении рецепторов другого оттенка (например, если «зелёная» сидит в окружении «красных») скорее склонны передавать белый сигнал – что несколько расходится с привычной точкой зрения, что в таком положении фоторецептор делается ещё более чувствительным к своему цвету. Полностью полученные результаты опубликованы в Science Advances.

Получается, что сетчатка делает двойную работу: с помощью «чёрно-белых» колбочек получается некое изображение, детализированное и с достаточно высоким разрешением, с подробно прорисованными контурами и тенями, а потом те рецепторы, которые всё-таки воспринимают цвет, «заливают» эти контуры красками, причём в том, что касается оттенков, разрешение картинки получается неважным. Работу по «раскрашиванию» окружающей действительности завершает мозг, комбинируя данные по цвету.

Это далеко не первый раз, когда сетчатка заставляет нас по-новому взглянуть на её функции. Так, несколько лет назад исследователи из Университета Квинсленда обнаружили, что отростки некоторых ганглионарных клеток сетчатки реагируют на направленное движение источника света, и посылают в мозг уже готовую информацию о том, что рядом что-то движется.

И можно также вспомнить, что в 2013 году в Current Biology вышла статья, авторы которой утверждали, что некоторые биполярные нейроны сетчатки, наряду с её же ганглионарными клетками, занимаются предварительным анализом зрительной информации, кодируя некоторые параметры, вроде интенсивности и направления света, и отправляя в мозг закодированные результаты своей аналитической работы.

По материалам ScienceNews.