Ученые нашли естественные оптоволокна в глазу человека
Вычислительные эксперименты показывают, что набор клеток глаза человека может проводить свет аналогично тому, как это делает оптоволокно, через несколько слоев живой ткани, покрывающей фоторецепторы на сетчатке глаза.
Известно, что сетчатка глаза – это внутренняя оболочка глазного яблока, содержащая специфические «чувствительные» клетки, называемые фоторецепторами. Основная их задача – восприятие света и преобразование его в нервные импульсы, позже передаваемые в мозг. Но на большей части сетчатки клетки-фоторецепторы скрыты за другой структурой - тремя или четырьмя слоями так называемых сетевых нейронов, образующих своего рода сеть передачи визуальной информации к головному мозгу. Существует множество научных работ, описывающих процесс в общих чертах, но на данный момент ученые только начинают приоткрывать завесу тайны над тем, как же эта система работает на микроскопическом уровне.
В 2007 году немецкими учеными была опубликована работа, исследующая функцию так называемых клеток Мюллера, входящих в состав сетчатки глаза. Мы не будем останавливаться на подробных объяснениях, какую роль играют данные клетки в нашем зрении. Однако, стоит отметить, что в рамках своих исследований ученые обратили внимание, что под микроскопом сетчатка оказывалась покрыта пятнами, где свет особенно хорошо проходил через слой этих клеток. Естественно, этот факт вызвал повышенный интерес ученых. Дополнительные исследования в этом направлении показали, что пятнами являются единичные клетки Мюллера, выполняющие функцию «волновода». При этом массив таких «волноводов» доставляет изображение до фоторецепторов без потерь информации (т.е. без дополнительных шумов и в фокусе).
Для дальнейшего исследования обнаруженного факта группа ученых из Technion-Israel Institute of Technology симулировала процесс передачи света через клетки Мюллера средствами вычислительной техники. В своей работе ученые основывались на уже описанных оптических свойствах реальных клеток (в частности, на известном коэффициенте преломления света), а также на базовых уравнениях волновой оптики.
Результатом моделирования стали трехмерные картины распределения амплитуды световых волн внутри и снаружи от единичной клетки Мюллера освещенной светом видимого диапазона. Моделирование привело к весьма интересному результату. Интерференция волн внутри клетки приводит к тому, что свет практически без потерь путешествует через нее. Это позволяет клеткам Мюллера «транслировать» оптический сигнал прямо к фоторецепторам, и он не искажается из-за присутствия сетевых нейронов.
Полностью результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Physical Review Letters. Это первое численное подтверждение того, что клетки Мюллера в живом организме выполняет функцию оптических волноводов.
На данный момент все еще спорно утверждение о том, что способность проводить свет клетками Мюллера играет какую-то существенную роль в феномене зрения. Еще только предстоит исследовать, какой процент падающего света проходит через них, и насколько это влияет на картину, фиксируемую фоторецепторами. Однако, если окажется, что это так, полученные результаты могли бы помочь объяснить факт видения, до сих пор не до конца понятный с точки зрения науки.
