Исследователи из Университета Рочестера добились новаторских достижений в нашем понимании восприятия цвета. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Journal of Neuroscience, они идентифицировали редкие ганглиозные клетки сетчатки (RGC), которые могут заполнить критические пробелы в наших знаниях о том, как мы видим цвета. Эти результаты указывают на то, что в дополнение к установленным путям обнаружения цвета, которым следует большинство RGC, небольшое количество этих нетрадиционных клеток может играть важную роль в цветовом зрении.
Исследование было вызвано фундаментальным вопросом зрительной нейробиологии: как человеческий глаз обрабатывает и воспринимает цвет? Ученым давно известно, что сетчатка содержит три типа колбочек-фоторецепторов, чувствительных к коротким, средним и длинным длинам волн света. Эти колбочки передают информацию в мозг через ганглиозные клетки сетчатки.
В 1980-х годах исследование Дэвида Уильямса из Рочестерского университета выявило три основных пути, известных как кардинальные направления, которые описывают базовое распознавание цвета. Эти колбочки передают информацию в мозг через RGC по трем основным направлениям: яркость (сочетание сигналов средних и длинных волн), красно-зеленый (противостояние между длинными и средними волнами) и сине-желтый (противостояние между короткими и комбинированными сигналами средних и длинных волн).
Однако эти пути не полностью объясняют, как люди воспринимают богатство и разнообразие цветов. Исследователи предположили, что наряду с этими основными путями могут существовать дополнительные, менее распространенные RGC, которые играют решающую роль в восприятии цвета.
Чтобы изучить эту гипотезу, исследователи использовали передовые методы визуализации. Они использовали адаптивную оптику — технологию, первоначально разработанную астрономами для коррекции искажений телескопических изображений, вызванных атмосферой Земли. Эта технология была адаптирована для коррекции искажений глаза, обеспечивая беспрецедентную четкость отдельных фоторецепторных клеток.
Исследование включало визуализацию глаз трех макак с использованием адаптивной оптики и визуализации кальция. Эти методы позволили ученым наблюдать и измерять реакции RGC в фовеа, центральной части сетчатки, отвечающей за острое центральное зрение. Макаки были выбраны из-за их сходства с человеческим зрением.
Исследователи вводили обезьянам вирусные векторы, чтобы экспрессировать индикатор кальция в RGC. Этот индикатор позволял клеткам флуоресцировать при активации светом, что позволило ученым отслеживать их реакцию на различные цветовые стимулы. Обезьянам показали серию световых паттернов, предназначенных для выделения реакций от разных типов колбочек.
Исследование подтвердило существование некардинальных РГК в сетчатке приматов. Эти клетки продемонстрировали уникальные модели ответов, которые не соответствуют ранее установленным основным направлениям. В частности, исследователи обнаружили RGC, которые реагировали на комбинации красного и зеленого, синего и желтого света способами, не предсказанными существующими моделями цветового зрения.
«Мы пока ничего точно не знаем об этих клетках, кроме того, что они существуют», — сказала Сара Паттерсон, научный сотрудник Центра визуальных наук, возглавлявшая исследование. «Нам предстоит узнать гораздо больше о том, как работают их свойства реагирования, но они являются убедительным вариантом в качестве недостающего звена в том, как наша сетчатка обрабатывает цвет».
Присутствие этих некардинальных клеток предполагает, что роль сетчатки в восприятии цвета более сложна, чем считалось ранее. Эти клетки могут отвечать за нюансы восприятия людьми цветов, выходящие за рамки основных оттенков, диктуемых кардинальными путями. Например, они могут способствовать восприятию промежуточных цветов и тонких вариаций цвета, которые обогащают наш зрительный опыт.
Но исследователи отметили, что их выводы основаны на относительно небольшом образце клеток из определенной области сетчатки. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить эти результаты и изучить, как эти клетки функционируют в более широком контексте всей зрительной системы.
Кроме того, исследование было сосредоточено на идентификации этих клеток и их основных свойств ответа. Требуется больше работы, чтобы точно понять, как эти некардинальные RGC способствуют цветовосприятию и как их сигналы обрабатываются мозгом.
Будущие исследования могут включать более обширную визуализацию сетчатки и использование передовых вычислительных моделей для прогнозирования того, как эти клетки могут влиять на цветовое зрение. Исследования также могут изучать потенциальные клинические приложения, такие как разработка лучшего протезирования сетчатки для людей с потерей зрения. Понимание полного спектра функций RGC может привести к улучшенным конструкциям, которые более точно имитируют естественное зрение.
Более глубокое понимание сложных процессов, происходящих в сетчатке, может открыть путь к более эффективным методам восстановления зрения у людей, потерявших его.
«У людей более 20 ганглиозных клеток, а наши модели человеческого зрения основаны только на трех», — объяснил Паттерсон. «В сетчатке происходит так много всего, о чем мы не знаем. Это одна из редких областей, где инженерия полностью опередила фундаментальную визуальную науку. Сейчас существуют люди с протезами сетчатки в глазах, но если бы мы знали, что делают все эти клетки, мы могли бы на самом деле заставить протезы сетчатки управлять ганглиозными клетками в соответствии с их фактическими функциональными ролями».
