Адронный глазной коллайдер

Какова психофизиология формирования изображения в мозгу человека, до сих пор не известно абсолютно точно.
Изображение с сайта upload.wikimedia.org

Смотрим глазами, а видим мозгом, гласит народная мудрость. Зрительные импульсы, поступающие в мозг, порождаются в сетчатке, или ретине глаза, представляющей собой совокупность около 200 тыс. клеток-фоторецепторов, выстилающих глазное яблоко изнутри. Думается, что если бы в мозг поступали одновременно импульсы от всех клеток сетчатки, то он бы попросту не справился с задачей процессинга-обработки столь огромного массива данных.

Для упорядочивания генерируемых сетчаткой импульсов существует первичный фильтр зрительного «спама» в виде разного рода промежуточных клеток (так называемые клетки ганглии). Именно к ним стекаются сигналы от зрительных клеток – палочек и колбочек. Специалистов по цветному зрению долгое время волновал вопрос, каким образом собирается информация с последних – от «красных» и «зеленых» колбочек одновременно или по раздельности. Решить вопрос призван был новый многоэлектродный «коллиматор», описание которого было представлено сотрудниками Института физики частиц при Калифорнийском университете в г. Санта-Крус.

Устройство представляет собой совокупность десятков микроэлектродов, каждый из которых имеет диаметр 5 микрометров (микрон), что сопоставимо с диаметром расширенной части цветочувствительной колбочки сетчатки. Общая площадь этого устройства с полутысячей электродов не превышает 1,7 кв. мм. Это позволяет снимать-регистрировать электрическую активность избранного участка сетчатки, например, у макак.

Эту самую активность у Масаса fascicularis и M.mulatta зафиксировали сотрудники ставшего широко известным благодаря своему адронному коллайдеру ЦЕРНа (Европейский Центр ядерных исследований, Женева). Для этого небольшой участок ретины макак помещали в физиологический раствор. При показе на компьютерном дисплее той или иной картинки в колбочках генерировались импульсы, регистрировавшиеся с помощью электродов, приближенных к клеткам снизу. Таким образом удалось уловить электрические разряды, идущие к ганглионарным клеткам от тысяч колбочек, реагирующих на свет с разной длиной волны. Лучи с длинной волной соответствуют красному цвету, средней – зеленому и короткой – сине-голубому.

Изучение полученных картинок показало, что различные ганглионарные клетки все же отдают предпочтение – преференцию – сигналам от колбочек, реагирующих на какой-то один участок спектра. Таким образом, уже сама сетчатка имеет встроенный фильтр, как бы отсекающий избыточную цветовую информацию. Ни клеточных, ни генетических отличий разных типов ганглионарных клеток пока выделить не удалось.

Ученые-ядерщики полагают, что клетки этого типа обретают функциональные характеристики в ходе развития организма. В то же время в ходе жизни сохраняется некоторая статистическая неопределенность, в результате чего некоторые ганглионарные клетки принимают на себя как красные, так и зеленые импульсы.

Наука – это история постоянного увеличения разрешающей способности экспериментальных методов. Если первые линзы Левенгука позволили ему увидеть до того невиданных анималькулей – «зверушек», – то сейчас ученые получили в свое распоряжение рентгеновский томографический наномикроскоп, позволяющий увидеть субклеточную структуру кости в 3D-формате. Мы еще даже себе не представляем, как изменится наше видение микроскопического мира! Неудивительно, что проблемой «оцифровки» цветного зрения занялись физики-ядерщики. Им ведь тоже постоянно приходится иметь дело с генерацией импульсов от рождающихся в ускорителе частиц, имеющих различные волновые характеристики.

Кроме того, интересно знать, как в принципе работает довольно примитивный живой компьютер, состоящий всего лишь из нескольких тысяч простых генераторов электроимпульсов. Для сбора этих импульсов имеется незамысловатый клеточный фильтр-коллиматор, пересылающий затем суммарный импульс по волокнам зрительного нерва в мозг, строящий на основе увиденного цветную трехмерную картину мира. Оказалось, кстати, что колбочек, воспринимающих сине-голубой цвет, в сетчатке значительно меньше, нежели «красных» и «зеленых».

Интересно также понять, каким образом плоская картинка, формирующаяся на ретинальной пленке, выстилающей глазное дно, преобразуется в мозге в трехмерный образ. Это крайне важно для специалистов, занимающихся системами распознавания образов, не говоря уже о более сложных когнитивных проблемах. Врачам-офтальмологам интересны совсем иные проблемы более приземленного порядка. Речь идет о разного рода заболеваниях сетчатки, например воспалительном ретините (Retinitis maculata), в результате которого гибнут колбочки и люди постепенно теряют цветное зрение.

Теперь вот у специалистов появился надежный метод функциональной оценки активности клеток сетчатки, с помощью которого можно будет оценивать различные воздействия на нее, в том числе и лекарственные.