Oamenii de știință descoperă că forma luminii ne schimbă viziunea

Viziunea artistului asupra impulsurilor laser femtosecunde ajungând la un ochi. Credit: © Scientify – UNIGE

Oamenii de știință UNIGE au arătat că răspunsul retinei la lumină depinde nu numai de intensitatea luminii percepute de ochi, ci și de forma sa temporală și de ordinea în care sunt organizate culorile.

Viziunea este un proces complex care a fost descifrat cu succes de multe discipline: fizică, biochimie, fiziologie, neurologie și așa mai departe. Retina captează lumina, nervul optic transmite impulsuri electrice către creier, ceea ce generează în final percepția unei imagini. Deși acest proces durează ceva timp, studii recente au arătat că prima etapă a vederii, percepția luminii în sine, este extrem de rapidă. Dar analiza acestui pas decisiv a fost efectuată în molecule în soluție în laborator.

Oamenii de știință de la Universitatea din Geneva (UNIGE), în colaborare cu EPFL și Spitalele Universitare din Geneva (HUG), Elveția, au reprodus experimentul la șoareci, pentru a observa procesarea luminii de către un organism care trăiește în toată complexitatea sa. Acest studiu neinvaziv arată că energia luminii singure nu definește răspunsul retinei. Forma sa – scurtă sau lungă – are, de asemenea, un impact asupra semnalului trimis creierului pentru a forma o imagine. Această descoperire, publicată în jurnal Progresele științifice, deschide un nou domeniu de cercetare privind viziunea, diagnosticul și, eventual, noi posibilități de vindecare.

Mecanismul celular al vederii a fost studiat cu succes datorită colaborării mai multor discipline. „La vedere, prima etapă a vederii se bazează pe o moleculă mică, retina, care, în contact cu lumina, își schimbă forma”, spune Geoffrey Gaulier, cercetător în cadrul Departamentului de Fizică Aplicată de la Facultatea de Științe. UNIGE și primul autor al studiului. Atunci cand retina isi modifica forma geometrica, declanseaza un mecanism complex care va avea ca rezultat un impuls nervos generat in nervul optic.

Acest proces durează ceva timp între momentul în care ochiul percepe lumina și momentul în care creierul o decodifică. Fizicienii au examinat prima moleculă din lanț, retina, pentru a vedea cât a durat schimbarea formei. Au izolat această moleculă într-o cuvă și au supus-o la impulsuri laser pentru a testa viteza de reacție. Spre marea lui surpriză, molecula a reacționat în aproximativ 50 femtosecunde.

“Prin comparație, o femtosecundă în comparație cu o secundă este echivalentul unei secunde în comparație cu vârsta universului”, spune Jean-Pierre Wolf, profesor la Secția de Fizică la UNIGE. Autorul cercetării. „Este atât de rapid încât ne-am întrebat dacă viteza respectivă ar putea fi atinsă doar de moleculă atunci când a fost izolată sau dacă a avut aceeași viteză într-un organism viu în toată complexitatea sa”.

Intensitatea și forma luminii definesc sensibilitatea ochiului

Pentru a studia în detaliu această primă etapă a viziunii, oamenii de știință au apelat la biologi, în special Ivan Rodriguez și Pedro Herrera, profesori din facultățile de știință și medicină de la UNIGE, care au plasat un contact cu lentile și au efectuat o electroretinogramă la șoareci. „Această metodă, care este complet neinvazivă, face posibilă măsurarea intensității semnalului trimis către nervul optic”, continuă Jean-Pierre Wolf. Când lumina lovește retina, au putut observa o tensiune electrică în cornee, datorită unui amplificator electronic. Și rezultatele lor au arătat că această etapă a avut loc la aceeași viteză extremă ca atunci când molecula este izolată.

Echipa a continuat studiul, variind forma încheieturilor în timp. „Trimitem întotdeauna aceeași energie, același număr de fotoni, dar schimbăm forma pulsului luminos. Uneori pulsul este scurt, alteori lung, alteori feliat și așa mai departe. “explică Geoffrey Gaulier. De fapt, schimbarea formei nu ar trebui să inducă nicio variație a răspunsului retinian, deoarece până acum se credea că doar numărul de fotoni captați de ochi a jucat un rol.” Nu este cazul! “, spune Cercetător cu sediul la Geneva. Acest rezultat ar putea fi explicat cu ajutorul simulărilor pe computer efectuate în grupul Ursula Röthlisberger al EPFL.

Oamenii de știință au observat că ochiul nu a reacționat în același mod în funcție de forma luminii, chiar dacă energia luminii era identică. „Am constatat, de asemenea, că reacția ochiului era diferită în ordinea în care culorile erau variate, de exemplu, ca într-un curcubeu temporar, deși se întâmplă foarte repede”, continuă Jean-Pierre Wolf. Pe scurt, retina crede că există mai multă sau mai puțină lumină în funcție de forma luminii, în timp ce energia este similară și, prin urmare, trimite un curent mai puternic sau mai slab către creier în funcție de răspunsul său.

Această descoperire, care a fost făcută în contextul unui proiect Synergy al Fundației Naționale Elvețiene pentru Științe (SNSF), deschide un nou câmp de cercetare asupra viziunii. „Acum că știm că forma luminii joacă un rol în percepție, putem folosi aceste noi cunoștințe pentru a face ochiul să funcționeze diferit”, propune Jean-Pierre Wolf. Acum pot fi dezvoltate domenii de cercetare privind noi posibilități de diagnosticare sau, eventual, de tratare a slăbiciunii oculare.

Referință: “Configurația pulsului ultrarapid modulează luminozitatea vizuală percepută la animalele vii” de Geoffrey Gaulier, Quentin Dietschi, Swarnendu Bhattacharyya, Cédric Schmidt, Matteo Montagnese, Adrien Chauvet, Sylvain Hermelin, Florence Chiodini, Luigi Bonacina, Pedro L. Herrera, Ursula Rothlisberger Ivan Rodriguez și Jean-Pierre Wolf, 28 aprilie 2021, Ştiinţă.
DOI: 10.1126 / sciadv.abe1911

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.