Исследователи из Хельсинкского университета совершили прорыв в понимании того, какие нейронные механизмы обеспечивают чрезвычайную чувствительность человеческого зрения в темноте. Новое исследование показывает, что люди могут воспринимать мельчайшие различия в интенсивности света, но эта чувствительность достигается за счет способности обнаруживать частицы света.

Нейробиологи уже почти сто лет размышляют над тем, может ли человеческий глаз различить отдельную частицу света, известную как фотон, которая является наименьшим возможным количеством света. На этот вопрос было трудно ответить, поскольку ранее было невозможно точно согласовать зрительное восприятие человека и активность сетчатки в условиях экстремальной чувствительности в темноте.

Исследования, проведенные в Университете Хельсинки, показывают, что зрительная система человека жертвует способностью обнаруживать отдельные фотоны, чтобы добиться большей точности обнаружения слабых огней. Результаты исследования бросают вызов предыдущим концепциям работы зрительной системы. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications .

«Это исследование является важным шагом вперед в визуальной нейробиологии, предоставляя новое понимание того, как функционирует зрительная система человека в экстремальных условиях в темноте. Наше исследование показывает, что чувствительность человеческого глаза приближается к фундаментальным пределам физики, а вся зрительная система работает на абсолютном пороге своих возможностей», — говорит профессор Петри Ала-Лаурила, который руководил исследованием. Он руководит двумя своими лабораториями на факультете биологических и экологических наук в Хельсинкском университете и на кафедре нейронауки и биомедицинской инженерии в Университете Аалто в Финляндии.

«Наше исследование показывает, что зрительная система человека эволюционировала, чтобы обнаруживать слабые контрасты с чрезвычайной точностью, что, по-видимому, важнее, чем обнаружение отдельных частиц света», — говорит доктор Маркку Кильпеляйнен с факультета психологии Хельсинкского университета, первый автор статьи.

Визуальное восприятие на краю темноты
Исследование показало, что люди способны обнаруживать чрезвычайно малые различия в интенсивности света на пороге темноты. Такая точность достигается благодаря высокоэффективной способности зрительной системы устранять то, что известно как нейронный шум. Однако это означает, что зрительная система жертвует способностью обнаруживать отдельные фотоны.

Исследователи провели точные электрофизиологические измерения сетчатки и провели наблюдательные психологические тесты, измеряя активность зрительной системы в идентичных условиях на абсолютном пороге восприятия. Это позволило им впервые напрямую связать сознательное зрительное восприятие человека с активностью определенных нейронов сетчатки.

«Прежде всего, нам удалось показать, что определенные типы выходных нейронов в сетчатке, известные как ретинальные ON- ганглиозные клетки , отвечают за кодирование слабых световых приращений. Этот результат раскрывает точное разделение обязанностей внутри сетчатки во время одной зрительной задачи», — резюмирует профессор Ала-Лаурила.

Значение для разработки ретинальных протезов
Глазные заболевания обычно вызывают изменения в нейронном субстрате и функции сетчатки. Понимание того, как определенные типы клеток сетчатки участвуют в кодировании зрительной информации, помогает разрабатывать более эффективные методы лечения.

Результаты этого исследования могут помочь улучшить обнаружение и диагностику определенных нарушений зрения и заложить основы для понимания того, как мозг интерпретирует ретинальный код в определенных типах клеток. Эти знания принесут большую пользу разработчикам ретинальных протезов.