Сетчатка представляет собой ткань толщиной в 0,5 мм, которая выстилает внутреннюю поверхность глазного яблока. Эта ткань развивается из мешочка эмбрионального переднего мозга, поэтому сетчатка считается частью головного мозга. Эта наиболее важная часть глаза имеет базовую структуру, похожую на трехслойную лепешку: тела нервных клеток расположены в три ряда и разделены двумя слоями, заполненными синаптическими связями. Сетчатка включает в себя, как сенсорные нейроны, которые реагируют на свет, так и сложные нейронные цепи, которые выполняют первые этапы обработки зрительной информации. Электрические сигналы проходят по зрительному нерву в мозг для дальнейшого визуального восприятия. Сенсорные клетки — фоторецепторы, находятся в самой задней части сетчатки. Световые лучи должны пройти через всю сетчатку, прежде чем достигнуть молекулы пигмента и спровоцировать ее возбуждение. Это связано с тем, что пигментные мембраны фоторецепторов должны соприкасаться с эпителиальным слоем глаза, который обеспечивает устойчивый поток жизненно важной молекулы, ретинал или витамина А. Ретинал фиксируется в опсиновых белках фоторецепторов, где эта маленькая молекула меняет свою конформацию в ответ на фотоны. Как только молекулы сетчатки подвергаются воздействию света и претерпевают конформационные изменения, они возвращаются обратно в пигментный эпителий. Хельга Колб — почетный профессор офтальмологии и визуальных наук в Университете Юты, выпускница в Бристольского университета, получившая степень доктора философии. В 1971 году она провела исследование глаза в Институте офтальмологии в Лондоне, где стала участвовать в исследованиях по электрофизиологии и анатомии, а затем перешла работать в Университет Джона Хопкинса и Национальный институт здравоохранения. Она описала, как свет влияет на белок опсина в фоторецепторе, где эта маленькая молекула меняет свою конформацию в ответ на фотоны. Как только молекулы сетчатки подвергаются воздействию света и претерпевают конформационные изменения, они возвращаются обратно в пигментный эпителий.
Изображение 1: Запутанная интеракция нейронов сетчатки осуществляет первичную обработку зрительной информации. Ученые понимают далеко не все взаимодействия между клетками в этом тонком лоскуте ткани. В этом изображении свет попадает в глаз слева. Фотоны проходят через стекловидное тело глазного яблока и проникают через всю сетчатку, прежде чем достичь фоторецепторов — колбочек и палочек. Фоторецепторы реагируют на свет (цветные и черные клетки прикреплены к эпителию справа). Затем сигналы проходят от фоторецепторов через серию нервных связей к поверхности сетчатки, где слой нервных волокон ганглиозных клеток передает зрительную информацию в зрительный нерв и в мозг. Эта ткань за сетчаткой обычно очень темная, потому что ее клетки полны гранул меланина. Гранулы пигмента поглощают паразитные фотоны, предотвращая их отражение обратно в фоторецепторы, что приводит к размытию изображений. Они также защищают клетки от чрезмерного воздействия светового излучения.
Устройство сетчатки в соответствии с образом жизни
Все сетчатки позвоночных содержат как минимум два типа фоторецепторов — палочки и колбочки. Палочки используются при низком уровне освещения, а колбочки конусов при дневном, яркого свете. Различия между глазами животных показывают адаптацию к различным средам, в которых они обитают. Большинство сетчаток рыб, лягушек, черепах и птиц имеют от трех до пяти типов колбочек и, следовательно, очень хорошее цветовосприятие. Следует помнить, что рептилии и рыбы, хладнокровны и активничают в теплое дневное время. У большинства млекопитающих в сетчатках преобладают палочки. Когда количество млекопитающих начало увеличиваться после вымирания динозавров, Земля, вероятно, была покрыта пеплом и облаками и было темно. Тела млекопитающих после мелпалеогенового вымирания были способны генерировать тепло собственного тела и развивали зрительные системы, чувствительные к тусклому свету. Современные грызуны, такие как крысы и мыши, которые являются ночными животными, все еще имеют сетчатку, в которой преобладают палочки, колбочки имеют небольшие размеры и составляют от 3 до 5 процентов от их фоторецепторов. У большинства других млекопитающих в сетчатке также преобладают по численности палочки, а колбочки сосредоточены в одной области. У таких видов, как кошки и собаки, изображения фокусируются на центральной области, метко названной областью area centralis, где преобладают колбочки. Сетчатки млекопитающих, таких как кролики и белки, а также сетчатки не млекопитающих, таких как черепахи, имеют длинную горизонтальную полосу специализированных клеток, называемых визуальной полосой (visual streak), которая может обнаруживать быстрые движения хищников и реагировать на них. Приматы, как и некоторые птицы, имеют выступающие спереди глаза, обеспечивающие бинокулярное зрение и, следовательно, восприятие глубины; их глаза приспособлены для хорошего дневного зрения и способны различать цветные или мелкие детали. У приматов и хищников, таких как орлы и ястребы, есть фовеа — зона, на которую фокусируется изображение, чрезвычайно богатая колбочками и лишенная палочек. У приматов есть так называемая дуплексная сетчатка, которая обеспечивает хорошую визуальную дискриминацию при любых условиях освещения. Фовеа содержит большинство колбочек, которые расположены настолько плотно, насколько это возможно, чтобы обеспечивать хорошее дневное зрение. Более периферические части сетчатки могут обнаружить малейшее количество фотонов ночью. У большинства млекопитающих есть два типа колбочек, зеленые и синие, но у приматов есть три типа — красные, зеленые, синие. Когда мы задействуем колбочки мы можем видеть от серого полумрака во время рассвета до ослепительно ярких полуденных условий освещения, когда солнце отражается от песка или белого снега. Колбочки могут адаптироваться к яркости окружающей среды, а сигнал, идущий через сетчатку может дополнительно модулировать реакцию глаза. Точно так же палочки и нейронные схемы, к которым они подключаются, могут адаптироваться к более низкой интенсивности света.
Наталья Ринская
