由于特殊的视网膜细胞,失明的老鼠能“看见”
这将成为流行电视节目“你比五年级学生聪明吗”的完美问题:“眼睛的哪一部分让我们看得见?”
传统智慧:棒状体和锥状体。人类的视网膜包含大约1.2亿个视杆细胞,它们可以探测明暗、形状和运动,还有大约700万个视锥细胞,它们还可以探测颜色。没有它们,或者说我们被教导是这样的,我们的视力根本就不存在。
但根据7月15日发表在该杂志上的一项研究,这可能不是真的神经元——这为有严重视力障碍或失明的人提供了新的希望。
约翰霍普金斯大学克里格艺术与科学学院的生物学家萨默·哈特领导的研究小组发现,没有任何视杆和视锥细胞功能的老鼠仍然能看到——不仅是光,而且还能看到图案和图像——这得益于啮齿类动物视网膜中的特殊光敏细胞。到目前为止,人们认为这些细胞,被称为内在光敏细胞视网膜神经节细胞(或iprgc)在图像形成中没有作用,但有其他功能,比如指示动物何时睡觉或醒来。(所有哺乳动物,包括人类,都有iprgc,以及杆状细胞和视锥细胞。)
“到目前为止,人们一直认为视杆细胞和视锥细胞是唯一能够探测光线从而使我们形成图像的细胞,”哈特说。他是生物学系的助理教授,研究哺乳动物的睡眠-觉醒周期,也被称为“昼夜节律”。“但我们的研究表明,即使是失明的老鼠也可以使用iprgc形成低敏锐度但可测量的图像。令人兴奋的是,至少在理论上,这意味着a盲人能被训练使用他或她的iprgc执行简单的任务,需要低视敏度."
“视觉敏锐度”指的是人(或动物)视觉的锐利或清晰程度。拥有所谓“20/20视力”的人能在20英尺外清楚地看到“一般”人在这个距离能看到的东西。相比之下,一个“20/100”视力的人将不得不站在20英尺以外,例如,一张一般人在100英尺外就能看懂的视力表。视力非常低的人(戴矫正镜后视力低于20/100)被认为是“法律上的盲人”。
除了给有严重视力问题的人带来希望外,Hattar的发现还暗示,在过去,哺乳动物可能使用它们的iprgc来形成视觉/图像,但在进化过程中,这种功能以某种方式被视杆细胞和视锥细胞所取代。
该研究还得出结论,iprgc远非同质的,有五种不同的亚型,每一种都可能具有不同的光探测生理功能。
为了进行这项研究,研究小组使用了一种特殊的系统对细胞进行基因标记,然后将其“追踪”到啮齿动物的大脑,然后再对小鼠进行一系列视力测试。在一项实验中,老鼠跟着旋转的鼓运动,这是一项评估动物追踪移动物体能力的测试。在另一项实验中,老鼠被放置在一个“Y”形的迷宫中,并被挑战通过选择能让它们出来的杠杆来逃脱。那个杠杆与一种特定的视觉模式有关。那些失明的老鼠——它们缺乏杆状体、锥状体和iprgc——找不到那个杠杆。但只有iprgc的人可以。
哈特说:“这些研究让我非常兴奋,因为它们表明,即使是像iprgc这样简单的光探测系统,也具有难以置信的多样性,可能支持低视力,让我们可以观察进化,了解在引入奇特的光感受器杆和视锥细胞之前,简单的视觉最初可能是如何进化的。”