Vědci zjistili, že tvar světla mění naši vizi

Pohled umělce na femtosekundové laserové pulsy přicházející do jednoho oka. Fotografický kredit: © Scientify – UNIGE

Vědci z UNIGE prokázali, že reakce sítnice na světlo závisí nejen na intenzitě světla vnímaného okem, ale také na jeho časové formě a pořadí, ve kterém jsou barvy organizovány.

Vize je složitý proces, který úspěšně dešifrovalo mnoho oborů – fyzika, biochemie, fyziologie, neurologie atd. Sítnice zachycuje světlo, optický nerv přenáší elektrické impulsy do mozku, což nakonec vytváří vnímání obrazu. Ačkoli tento proces trvá nějakou dobu, nedávné studie ukázaly, že první fáze vidění, samotné vnímání světla, je extrémně rychlá. Analýza tohoto zásadního kroku však byla provedena na molekulách v roztoku v laboratoři.

Vědci z univerzity v Ženevě (UNIGE) ve spolupráci s EPFL a univerzitní klinikou v Ženevě (HUG) reprodukovali experiment na myších, aby sledovali zpracování světla živým organismem v celé jeho složitosti. Tato neinvazivní studie ukazuje, že samotná světelná energie nedefinuje reakci sítnice. Jeho tvar – krátký nebo dlouhý – ovlivňuje také signál odeslaný do mozku k vytvoření obrazu. Tento objev byl publikován v časopise Pokrok ve věděotevírá nové pole výzkumu pro vidění, diagnostiku a možná i nové možnosti hojení.

Mechanismus buněčného vidění byl úspěšně studován díky spolupráci několika oborů. „V oku je první fáze vidění založena na malé molekule – sítnici – která při kontaktu se světlem mění svůj tvar,“ vysvětluje Geoffrey Gaulier, výzkumný pracovník Ústavu aplikované fyziky Přírodovědecké fakulty UNIGE. Sciences a první autor studie. „Když sítnice změní svůj geometrický tvar, spustí složitý mechanismus, který vede k nervovému impulsu, který se vytváří v optickém nervu.“

Tento proces trvá nějakou dobu mezi okamžikem, kdy oko vnímá světlo, a okamžikem, kdy jej mozek dekóduje. Fyzici zkoumali úplně první molekulu v řetězci, sítnici, aby zjistili, jak dlouho trvalo, než se změnil její tvar. Izolovali tuto molekulu v kyvetě a vystavili ji laserovým pulzům, aby otestovali její reakční rychlost. K jejich velkému překvapení molekula reagovala asi za 50 femtosekund!

„Pro srovnání: femtosekunda ve srovnání s druhou odpovídá druhé ve srovnání s věkem vesmíru,“ zdůrazňuje Jean-Pierre Wolf, profesor katedry fyziky UNIGE a poslední autor výzkumu. „Je to tak rychlé, že jsme si položili otázku, zda molekula může dosáhnout této rychlosti, pouze pokud byla izolována, nebo zda má stejnou rychlost v celém živém organismu.“

Intenzita a tvar světla určují citlivost oka

Aby vědci podrobně prozkoumali tuto první fázi vidění, požádali vědce biology, zejména Ivana Rodrigueze a Pedra Herreru, profesory vědeckých a lékařských fakult UNIGE, kteří umístili kontaktní čočku a provedli elektroretinogram na myších. “Tato metoda, která je zcela neinvazivní, umožňuje měřit intenzitu signálu vysílaného do optického nervu,” pokračuje Jean-Pierre Wolf. Když světlo zasáhne sítnici, můžete díky elektronickému zesilovači pozorovat elektrické napětí na rohovce. A jejich výsledky ukázaly, že toto stádium probíhalo stejnou extrémní rychlostí, jako když byla molekula izolována!

Tým pokračoval ve studii změnou tvaru pulzů v průběhu času. “Vždy vysíláme stejnou energii, stejný počet fotonů, ale měníme tvar světelného pulsu.” Někdy je puls krátký, někdy dlouhý, někdy krájený atd., “Vysvětluje Geoffrey Gaulier. Změna tvaru by ve skutečnosti neměla způsobit změnu odezvy sítnice, protože se dříve věřilo, že záleží pouze na počtu fotonů zachycených okem. „Ale není tomu tak!“ říká ženevský výzkumník. Tento výsledek lze vysvětlit pomocí počítačových simulací provedených ve skupině Ursula Röthlisberger z EPFL.

Vědci zjistili, že oko nereagovalo stejným způsobem v závislosti na formě světla, i když světelná energie byla identická. “Zjistili jsme také, že reakce oka byla odlišná v pořadí, v jakém se barvy měnily, například jako časová duha, i když za sebou následují velmi rychle,” pokračuje Jean-Pierre Wolf. Stručně řečeno, sítnice věří, že existuje více či méně světla v závislosti na tvaru světla, zatímco energie je podobná, a proto vysílá silnější nebo slabší proud do mozku v závislosti na reakci.

Tento objev, k němuž došlo v rámci projektu Sinergia od Švýcarské národní vědecké nadace (SNSF), otevírá nové pole výzkumu pro vizi. „Nyní, když víme, že tvar světla hraje roli ve vnímání, můžeme použít tyto nové znalosti k tomu, aby oko fungovalo jinak,“ navrhuje Jean-Pierre Wolf. Nyní lze vyvinout vyšetřovací oblasti pro nové způsoby diagnostiky nebo možné léčby očních slabostí.

Odkaz: „Ultrarychlé tvarování pulzu moduluje vnímaný vizuální jas u živých zvířat“ autorů Geoffrey Gaulier, Quentin Dietschi, Swarnendu Bhattacharyya, Cédric Schmidt, Matteo Montagnese, Adrien Chauvet, Sylvain Hermelin, Florence Chiodini, Luigi Bonacina, Pedro L. Herrera, Ursula Rothlisberger, Ivan Rodriguez a Jean-Pierre Wolf, 28. dubna 2021, Věda.
DOI: 10.1126 / sciadv.abe1911

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Newsletter

Subscribe to stay updated.