Det mänskliga ögat är optimerat för att ha bra färgseende på dagen och hög känslighet på natten. Men tills nyligen verkade det som om cellerna i näthinnan var kopplade på fel sätt runt, med ljus som färdas genom en massa av neuroner innan det når den ljus-detekterande staven och konceller. Ny forskning som presenterades vid ett möte i American Physical Society har avslöjat en anmärkningsvärd visionshöjande funktion för denna förbryllande struktur. Israel Institute of Technology forskare studerade mänskliga näthinnor (bild av ett öga interiör visas). De tittade på varför celler i våra näthinnor är kopplade på fel sätt. Ljuset färdas genom en massa neuroner innan det når 'ryggen'. Forskningen tyder på att strukturen verkar förbättra vår vision. För omkring hundra år sedan upptäcktes näthinnans fina struktur. Näthinnan är den ljuskänsliga delen av ögat, som täcker insidan av ögongloben. Baksidan av näthinnan innehåller koner för att känna färgerna rött, grönt och blått. Spridda bland kottarna är stavar, som är mycket ljusare än kottar, men som är färgblinda. Innan ljuset kommer fram till kottarna och stavarna, måste det passera näthinnans hela tjocklek, med dess lager av nervceller och cellkärnor. Dessa neuroner bearbetar bildinformationen och överför den till hjärnan, men fram till nyligen har det inte varit klart varför dessa celler ligger framför konerna och stavarna, inte bakom dem. Det mänskliga ögat kan se mer som vi trodde, forskare sade i december. Man hade tidigare trott att det mänskliga ögat inte kan se infrarött ljus, på samma sätt som vi inte kan se X-Rays och radiovågor. Men forskare har avslöjat att näthinnan under vissa förhållanden kan känna infrarött ljus trots allt. Ett internationellt team av forskare leds av forskare vid Washington University School of Medicine i St Louis använde celler från näthinnan hos möss och människor. Genom att avfyra kraftfulla lasrar som avger pulser av infrarött ljus, fann forskarna att när laserljus pulserar snabbt, ljuskänsliga celler i näthinnan ibland får en dubbel träff av infraröd energi. När det händer kan ögat upptäcka ljus som faller utanför det synliga spektrumet. Detta är ett mångårigt pussel, ännu mer eftersom samma struktur, av nervceller före ljusdetektorer, existerar i alla ryggradsdjur, visar evolutionär stabilitet. Forskare i Leipzig fann att gliaceller, som också spänner över näthinnans djup och ansluter till konerna, har ett intressant attribut. Dessa celler är nödvändiga för ämnesomsättningen, men de är också tätare än andra celler i näthinnan. I den genomskinliga näthinnan innebär denna högre densitet (och motsvarande refraktionsindex) att gliaceller kan styra ljuset, precis som fiberoptiska kablar. Med tanke på detta byggde min kollega Amichai Labin och jag en modell av näthinnan, och visade att riktning av gliaceller bidrar till att öka tydligheten i människans syn.Men vi märkte också något ganska märkligt: de färger som bäst passerade genom gliacellerna var gröna till röda, vilket ögat behöver mest för dagtid vision. Ögat får oftast för mycket blått - och har därmed färre blåkänsliga koner. Ytterligare datorsimuleringar visade att grönt och rött koncentreras fem till tio gånger mer av gliacellerna och in i deras respektive koner än blått ljus. I stället sprider sig överskottsblått ljus till de omgivande stavarna. Detta överraskande resultat av simuleringen behövde nu ett experimentellt bevis. Med kollegor på Technion Medical School testade vi hur ljus korsar försökskaninnäthinnan. Baksidan av näthinnan innehåller koner för att känna färgerna rött, grönt och blått. Spridda bland kottarna är stavar, som är mycket ljusare än kottar, men som är färgblinda. Innan du anländer till koner och stavar, måste ljuset passera hela tjockleken på näthinnan, med sina lager av neuroner och cellkärnor. Liksom människor är dessa djur aktiva under dagen och deras näthinnestruktur har varit välkaraktäriserad, vilket gjorde att vi kunde simulera deras ögon precis som vi hade gjort för människor. Sedan passerade vi ljuset genom deras näthinnor och skannade dem samtidigt med ett mikroskop i tre dimensioner. Detta gjorde vi för 27 färger i det synliga spektrumet. Resultatet var lätt att lägga märke till: i varje lager av näthinnan såg vi att ljuset inte var jämnt fördelat, utan koncentrerat till några få fläckar. Dessa fläckar fortsatte från lager till lager, vilket skapade avlånga pelare av ljus som ledde från ingången av näthinnan ner till konerna vid detektionslagret. Ljuset var koncentrerat i dessa kolumner upp till tio gånger, jämfört med den genomsnittliga intensiteten. Ännu intressantare var det faktum att de färger som bäst vägleddes av gliala celler väl matchade med konernas färger. Konerna är inte lika känsliga som stavarna, så detta extra ljus gjorde att de kunde fungera bättre – även under lägre ljusnivåer. Under tiden spreds det blåare ljuset, som inte var väl fångat i gliacellerna, ut på stavarna i dess närhet. Dessa resultat innebär att ögats näthinna har optimerats så att gliacellernas storlek och densitet motsvarar de färger som ögat är känsligt för (vilket i sig är en optimeringsprocess som passar våra behov). Denna optimering är sådan att färgseendet under dagen förstärks, medan nattseendet lider mycket lite. Effekten fungerar också bäst när eleverna kontrakteras vid hög belysning, vilket ytterligare ökar tydligheten i vår färgseende.
Israel Institute of Technology forskare studerade mänskliga näthinnor.
De tittade på varför celler i våra näthinnor är kopplade på fel sätt runt.
Ljuset färdas genom en massa neuroner innan det når 'ryggen'
Forskningen tyder på att strukturen verkar förbättra vår vision.