36.14: Бачення - Трансдукція Світла

Last updated
Save as PDF

Page ID: 4918

Boundless
Boundless

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Світло перетворюється в палички і конуси; візуальна інформація обробляється в сітківці перед надходженням в мозок.

Цілі навчання

Поясніть обробку сітківки і процес трансдукції світла

Ключові моменти

При попаданні світла на фоторецептор сітківка змінює форму, що активує фотопігмент родопозін.
Примати мають повнокольоровий зір через трьох- конусної (трихроматичної) системи; колір є результатом співвідношення активності трьох видів конусів.
Існує три типи конусів з різними фотопсинами: S конуси реагують на короткі хвилі; M конуси реагують на середні хвилі; L конуси реагують на світло на довгі хвилі.
Якщо світла немає, нейрони гальмуються стрижнями і конусами; після введення світла стрижні і конуси гіперполяризуються, що активує нейрони.
Активовані нейрони стимулюють гангліозні клітини, які посилають потенціали дії через зоровий нерв.
Горизонтальні клітини можуть створювати бічне гальмування, що підсилює світлий і темний контраст на зображеннях.

Ключові умови

тонічна активність: коли фоторецептори стають слабо активними, навіть коли не стимулюються світлом
родопсин: світлочутливий пігмент у стрижневих клітині сітківки; він складається з білка опсіну, пов'язаного з каротиноїдною сітківкою

Трансдукція Світла

Стрижні і конуси є місцем трансдукції світла в нейронний сигнал. І стрижні, і конуси містять фотопігменти, які є пігментами, які зазнають хімічної зміни, коли вони поглинають світло. У хребетних основний фотопігмент, родопсин, має дві основні частини: опсин, який є мембранним білком (у вигляді скупчення α-спіралей, що охоплюють мембрану); і сітківка - молекула, яка поглинає світло. Коли світло потрапляє на фоторецептор, він викликає зміну форми сітківки, змінюючи її структуру з зігнутої (цис) форми молекули до її лінійного (транс) ізомеру. Ця ізомеризація сітківки активує родопсин, починаючи каскад подій, який закінчується закриттям Na ⁺ каналів в мембрані фоторецептора. Таким чином, на відміну від більшості інших сенсорних нейронів (які деполяризуються під впливом подразника), зорові рецептори стають гіперполяризованими і відганяються від порога.

зображення — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Гіперполяризовані зорові рецептори: Коли світло вражає родопсин, активується перетворювач G-білка, який, в свою чергу, активує фосфодіестеразу. Фосфодіестераза перетворює cGMP в GMP, тим самим закриваючи натрієві канали. В результаті мембрана стає гіперполяризованою. Гіперполяризована мембрана не виділяє глутамат в біполярну клітину.

Трихроматичне кодування

Існує три типи конусів (з різними фотопсинами), які відрізняються довжиною хвилі, на яку вони найбільш реагують. Деякі конуси максимально реагують на короткі світлові хвилі 420 нм; їх називають S-конусами («S» для «коротких»). Інші конуси (M конуси, для «середніх») максимально реагують на хвилі 530 нм. Третя група (L конуси, або «довгі» конуси) максимально реагує на світло довших довжин хвиль при 560 нм. Тільки з одним типом конуса кольоровий зір був би неможливим; двоконусна (дихроматична) система має обмеження. Примати використовують трехконусную (трихроматичну) систему, в результаті чого створюється повнокольоровий зір.

Колір, який ми сприймаємо, є результатом співвідношення активності наших трьох видів шишок. Кольори зорового спектра, що протікають від довгохвильового світла до короткого, є:

червоний (700 нм)
помаранчевий (600 нм)
жовтий (565 нм)
зелений (497 нм)
синій (470 нм)
індиго (450 нм)
фіолетовий (425 нм).

Люди мають дуже чутливе сприйняття кольору і можуть розрізняти близько 500 рівнів яскравості, 200 різних відтінків і 20 ступенів насиченості; всього близько 2 мільйонів різних кольорів.

Обробка сітківки

Зорові сигнали залишають шишки і стрижні, відправляються в біполярні клітини, а потім до гангліозних клітин. Велика ступінь обробки зорової інформації відбувається в самій сітківці, перш ніж зорова інформація відправляється в мозок.

Фоторецептори в сітківці безперервно піддаються тонізуючої активності. Тобто вони завжди слабо активні, навіть коли не стимулюються світлом. У нейронів, які проявляють тонічну активність, відсутність подразників підтримує швидкість стрільби в рівновазі; в той час як деякі подразники збільшують швидкість стрільби від базової лінії, інші подразники зменшують швидкість стрільби. При відсутності світла біполярні нейрони, що з'єднують стрижні і конуси з гангліозними клітинами, безперервно і активно гальмуються стрижнями і шишками. Вплив сітківки світла гіперполяризує стрижні і шишки, знімаючи гальмування їх біполярних клітин. Зараз активні біполярні клітини, в свою чергу, стимулюють гангліозні клітини, які посилають потенціали дії вздовж своїх аксонів (які залишають око як зоровий нерв). Таким чином, зорова система спирається на змінув активності сітківки, а не на відсутність або наявність активності, для кодування зорових сигналів для мозку. Іноді горизонтальні клітини несуть сигнали від одного стрижня або конуса до інших фоторецепторів і до декількох біполярних клітин. Коли стрижень або конус стимулює горизонтальну клітину, горизонтальна клітина пригнічує більш віддалені фоторецептори і біполярні клітини, створюючи бічне гальмування. Це гальмування збільшує різкість країв і підсилює контрастність зображень, роблячи області, які отримують світло, виглядають світлішими, а темне оточення - темнішими. Клітини акрину можуть поширювати інформацію від однієї біполярної клітини до багатьох гангліозних клітин.