Клеточный механизм зрения успешно изучен благодаря сотрудничеству нескольких дисциплин. «В глазу первая стадия зрения основана на небольшой молекуле – сетчатке, которая при контакте со светом меняет форму», – объясняет Джеффри Голье, научный сотрудник отдела прикладной физики факультета естественных наук UNIGE. первый автор исследования. "Когда сетчатка меняет свою геометрическую форму, она запускает сложный механизм, который приводит к возникновению нервного импульса в зрительном нерве."
Этот процесс занимает некоторое время между моментом, когда глаз воспринимает свет, и моментом, когда мозг его декодирует. Физики посмотрели на самую первую молекулу в цепи, сетчатку, чтобы узнать, сколько времени потребовалось, чтобы изменить ее форму.
Они изолировали эту молекулу в кювете и подвергли ее воздействию лазерных импульсов, чтобы проверить скорость ее реакции. К их большому удивлению, молекула прореагировала примерно за 50 фемтосекунд! «Для сравнения: одна фемтосекунда по сравнению с одной секундой эквивалентна одной секунде по сравнению с возрастом Вселенной», – отмечает Жан-Пьер Вольф, профессор Отделения физики UNIGE и последний автор исследования. "Это настолько быстро, что мы задавались вопросом, может ли молекула достичь этой скорости только тогда, когда она изолирована, или же она обладает такой же скоростью в живом организме во всей его сложности."
Интенсивность и форма света определяют чувствительность глаза
Чтобы детально изучить этот первый этап зрения, ученые обратились к биологам, в частности к Ивану Родригесу и Педро Эррере, профессорам факультетов естественных наук и медицины UNIGE соответственно, которые установили контактные линзы и провели электроретинограмму на мышах. «Этот полностью неинвазивный метод позволяет измерить интенсивность сигнала, посылаемого в зрительный нерв», – продолжает Жан-Пьер Вольф. Когда свет попадает на сетчатку, они могут наблюдать электрическое напряжение на роговице благодаря электронному усилителю. И их результаты показали, что эта стадия протекала с такой же экстремальной скоростью, как когда молекула изолирована!
Команда продолжила исследование, изменяя форму импульсов с течением времени. "Мы всегда посылаем одну и ту же энергию, одно и то же количество фотонов, но мы меняем форму светового импульса.
Иногда пульс короткий, иногда длинный, иногда срезанный и т. Д.,"объясняет Джеффри Голье. Действительно, изменение формы не должно вызывать каких-либо изменений в ответе сетчатки, потому что до сих пор считалось, что роль играет только количество фотонов, захваченных глазом. "Но это не так!"говорит исследователь из Женевы.
Этот результат можно объяснить с помощью компьютерного моделирования, выполненного в группе Урсулы Ротлисбергер из EPFL.
Ученые заметили, что глаз не реагировал одинаково в зависимости от формы света, хотя световая энергия была одинаковой. «Мы также обнаружили, что реакция глаза различалась в зависимости от порядка, в котором менялись цвета, например, как во временной радуге, хотя они следуют друг за другом очень быстро», – продолжает Жан-Пьер Вольф.
Короче говоря, сетчатка считает, что света больше или меньше в зависимости от формы света, в то время как энергия аналогична, и поэтому посылает более сильный или более слабый ток в мозг в зависимости от его реакции.
Это открытие, сделанное в рамках проекта Sinergia Швейцарского национального научного фонда (SNSF), открывает новую область исследований в области зрения. «Теперь, когда мы знаем, что форма света играет роль в восприятии, мы можем использовать это новое знание, чтобы заставить глаз работать по-другому», – предлагает Жан-Пьер Вольф.
Теперь могут быть разработаны области исследования новых возможностей диагностики или возможного лечения глазных слабостей.