سلول‌های گانگلیونی OFF شبکیه امکان تشخیص سایه‌های کوانتال در نور ستاره را می‌دهند

بر اساس تحقیقات جدید دانشگاه آلتو و دانشگاه هلسینکی، موش‌ها از مسیر عصبی خاصی برای تشخیص سایه‌ها استفاده می‌کنند و می‌توانند تقریباً کم‌نورترین سایه‌های ممکن را تشخیص دهند. چشم انسان دارای همان مدار عصبی است که محققان فکر می کنند می توان از آن برای بررسی بیماری های بینایی با وضوح بی سابقه استفاده کرد.

برای آزمایش تشخیص سایه، محققان موش ها را در پیچ و خم بدون نور قرار دادند. خروجی با یک نقطه سیاه مشخص شده بود که به سختی از تاریکی اطراف متمایز بود. با ردیابی نحوه حرکت موش‌ها در پیچ و خم و اندازه‌گیری فعالیت نورون‌های پشت چشم – شبکیه – این تیم نشان داد که گروهی از سلول‌های شبکیه به نام سلول‌های گانگلیونی OFF افت بسیار کوچک در سطوح نور را تشخیص دادند.

پروفسور پتری آلا لوریلا، که قرار ملاقات مشترکی در آلتو و دانشگاه هلسینکی دارد، می‌گوید: «هدف ما این است که از مولکول‌ها به سمت رفتار حرکت کنیم. این مطالعه مبتنی بر کار قبلی گروه او است که نشان می‌داد سلول‌های گانگلیونی ON برای تشخیص یک تکه نور بسیار ضعیف در تاریکی استفاده می‌شوند. Ala-Laurila می گوید: “وظیفه مخالف، شناسایی کم نورترین سایه ها است، جایی که فقط چند فوتون وجود ندارد. فرضیه ما این بود که این کاری است که حساس ترین سلول های OFF در نور ستاره انجام می دهند، زیرا آنها سرعت شلیک خود را در پاسخ به سایه ها افزایش می دهند.” .

این تیم همچنین حد اساسی تشخیص سایه را بر اساس خواص فیزیکی گیرنده های نور و مسیرهای عصبی محاسبه کردند. پس از محاسبه تلفات اجتناب ناپذیر – به عنوان مثال، هر فوتونی که به گیرنده برخورد می کند جذب نمی شود – آنها دریافتند که رفتار و فعالیت شبکیه چشم موش ها بسیار نزدیک به یک پاسخ کامل است. دکتر یوهان وستو، یکی از اولین نویسندگان این مطالعه، می‌گوید: «مدل‌سازی کاملاً محدود ما نشان می‌دهد که هم رفتار هدایت‌شده بصری و هم حساس‌ترین سلول‌های گانگلیونی OFF، آشکارسازهای سایه کامل هستند».

این تحقیق باید در تاریکی کامل انجام می شد تا بتوان این تفاوت ها را تشخیص داد. ناتالیا مارتینیک، نویسنده اول دیگر این مطالعه، می‌گوید: «حساسیت عالی سیستم بینایی به کم‌نورترین سایه‌ها، نیازهای فنی بالایی را برای آزمایش‌هایی که در این سطوح نور بسیار کم انجام دادیم، ایجاد می‌کند». در سطوح نوری بالاتر، مدارهای شبکیه بیشتری فعال می‌شوند که آنالیز را به شدت چالش‌برانگیز می‌کرد.

Ala-Laurila می‌گوید: «سایه‌های دیوانه‌کننده‌ای کم‌نور را می‌توان تشخیص داد. حتی تنها چند فوتون که در چند هزار گیرنده میله‌ای وجود ندارد، برای حیوانات کافی است تا سایه‌ها را تشخیص دهند.» این احتمالاً به نیاز تکاملی عظیم برای تشخیص سایه‌ها مربوط می‌شود، زیرا موش‌ها و سایر حیوانات برای اجتناب از شکارچیان در سطوح نور بسیار کم تکامل یافته‌اند.

این یافته‌ها نشان می‌دهند که چگونه فرآیند درک نور ورودی – تبدیل آن به یک تصویر ذهنی – در انواع مختلف سلول‌هایی که وظایف محاسباتی مختلفی را در شبکیه چشم انجام می‌دهند، توزیع می‌شود. در داخل چشم، ورودی هزاران گیرنده به سلول‌های گانگلیونی روشن و خاموش می‌رسد که به ترتیب به عنوان ماژول‌هایی برای تشخیص نور و سایه‌ها عمل می‌کنند.

Ala-Laurila می‌گوید: «این محاسبات زیادی را روی شبکیه می‌کشد، و انجام این تشخیص در مراحل اولیه، کار فرآیندهای پایین‌دستی در مغز را ساده می‌کند. ما می‌توانیم این اصل را در سطح نور بسیار کم در چشم نشان دهیم. حدس من این است که در سطوح نوری بالاتر و در سایر حواس و سایر زمینه‌های نوروبیولوژی نیز کاربرد دارد.

مدار شبکیه که مسئول انتقال اطلاعات به سلول های گانگلیونی روشن و خاموش است در انسان تقریباً یکسان است. Ala-Laurila توضیح می دهد که توانایی آزمایش عملکرد انواع سلول های شبکیه به طور خاص در نور ستارگان نیز می تواند پیامدهای بالینی داشته باشد. بسیاری از بیماری های بینایی مختص انواع خاصی از سلول های شبکیه هستند. با انجام آزمایش‌هایی در سطوح نور بسیار کم، ممکن است بتوان چنین بیماری‌هایی را زودتر و با دقت بیشتری تشخیص داد، زیرا در آن سطوح نور هر فوتون به حساب می‌آید. او می‌گوید: «در طول زندگی‌ام، می‌خواهم تکنیک‌های انقلابی برای تشخیص بیماری‌های بینایی با استفاده از نور بسیار کم به عنوان ابزار ببینم.