Глаз киборга: инъекция наночастиц в сетчатку превращает зрительный орган в тепловизор
Фоторецепторы колбочек сетчатки глаза чувствительны к красно-оранжевому, зеленому и синему частям спектра: комбинации их возбуждений дают всю гамму цветовых оттенков
Спектр электромагнитных волн, который воспринимает человеческий глаз, относительно невелик, – примерно 400–700 нм. Нам недоступно ни ультрафиолетовое излучение более коротковолновой области, ни длинноволновое инфракрасное, испускаемое телами с температурой выше абсолютного нуля. Однако недавняя китайско-американская разработка позволит частично восполнить это эволюционное упущение, расширив диапазон видимого спектра до ближнего инфракрасного
Первое звено в цепочке событий, благодаря которым мы видим окружающий мир, – падение света на сетчатку глаза, где расположены палочки и колбочки, светочувствительные клетки-фоторецепторы. Палочки, содержащие фотопигмент родопсин, позволяют различать черное и белое и отвечают за ночное зрение. Каждая из колбочек, отвечающих за цветное зрение, содержит один из трех вариантов фотопигмента йодопсина, чувствительных к красно-оранжевому, зеленому или синему свету.
Под действием фотонов в светочувствительной клетке запускаются фотохимические реакции: энергия света превращается в нервный импульс, который и «доносит» об увиденном в зрительный центр головного мозга. Но при этом наши фотопигменты не могут воспринимать как слишком высокоэнергетичные фотоны ультрафиолетового спектра, как и слишком низкоэнергетичные инфракрасного.
Попытки расширить воспринимаемый глазом диапазон длин волн предпринимались и ранее. К примеру, лабораторным крысам помещали на голову датчик инфракрасного излучения, который соединяли с соматосенсорной зоной (центром осязания) коры головного мозга животных. Сейчас ученые из Китайского университета науки и технологий и Школы медицины Массачусетского университета (США) разработали более физиологичный способ увидеть инфракрасное излучение с помощью инъекции в глаза особых наночастиц.
В работе были использованы наночастицы на основе эрбия и иттербия, способные преобразовывать инфракрасный свет в видимый, поглощая фотоны на одной длине волны и излучая на другой (в данном случае – в зеленом спектре, к которому рецепторы глаза млекопитающих наиболее чувствительны). Наночастицы модифицировали – покрыли молекулами белка, который может связывается со специфическими молекулами на мембранах фоторецепторов палочек и колбочек. Затем их ввели под сетчатку лабораторных мышей, а контрольной группе сделали инъекцию буферного раствора.
Как выяснилось, введенные наночастицы прочно связались с фоторецепторами светочувствительных клеток, а побочные эффекты были обычными для такой процедуры. В отличие от контрольной группы, у подопытных животных под действием инфракрасного излучения сужались зрачки, определялись фототоки в сетчатке, активировалась зрительная кора головного мозга.
Мыши вели себя по-разному и в поведенческих тестах. Например, когда им предлагали на выбор обычное темное помещение и с инфракрасной «подсветкой», то контрольные животные не делали между ними различий, а экспериментальные явно предпочитали темное помещение.
Затем испытуемым предложили настоящее интеллектуальное упражнение, чтобы определить, насколько хорошо они видят в инфракрасном свете. Животных запускали в сложный водный лабиринт, правильный выход из которого был помечен треугольником, а неправильный – кругом. Сначала эти значки подсвечивали видимым светом, и все мыши обучились плыть к треугольнику даже тогда, когда расположение меток менялось. Однако при замене видимой подсветки на инфракрасную контрольные мыши сразу терялись, а мыши «с наночастицами» уверенно находили выход.
Итак, применение нанотехнологии оказалось очень успешным, несмотря на то, что видимый свет несет больше энергии, чем инфракрасный, и наночастицам требуется поглотить несколько инфракрасных фотонов, прежде чем испустить один фотон видимого спектра. По мнению разработчиков, эта технология вполне применима к людям, особенно тех профессий, в которых без инфракрасного зрения трудно обойтись. Ведь хотя сегодня и созданы специальные приборы – тепловизоры, ими не всегда удобно пользоваться.
Но, наверное, еще большую роль эта технология может играть при оказании помощи людям, теряющим зрение, в том числе из-за гибели фоторецепторов в результате возрастных офтальмологических заболеваний.
Наука | Научпоп
7.7K постов78.5K подписчиков
Правила сообщества
Основные условия публикации
- Посты должны иметь отношение к науке, актуальным открытиям или жизни научного сообщества и содержать ссылки на авторитетный источник.
- Посты должны по возможности избегать кликбейта и броских фраз, вводящих в заблуждение.
- Научные статьи должны сопровождаться описанием исследования, доступным на популярном уровне. Слишком профессиональный материал может быть отклонён.
- Видеоматериалы должны иметь описание.
- Названия должны отражать суть исследования.
- Если пост содержит материал, оригинал которого написан или снят на иностранном языке, русская версия должна содержать все основные положения.
Не принимаются к публикации
- Точные или урезанные копии журнальных и газетных статей. Посты о последних достижениях науки должны содержать ваш разъясняющий комментарий или представлять обзоры нескольких статей.
- Юмористические посты, представляющие также точные и урезанные копии из популярных источников, цитаты сборников. Научный юмор приветствуется, но должен публиковаться большими порциями, а не набивать рейтинг единичными цитатами огромного сборника.
- Посты с вопросами околонаучного, но базового уровня, просьбы о помощи в решении задач и проведении исследований отправляются в общую ленту. По возможности модерация сообщества даст свой ответ.
Наказывается баном
- Оскорбления, выраженные лично пользователю или категории пользователей.
- Попытки использовать сообщество для рекламы.
- Фальсификация фактов.
- Многократные попытки публикации материалов, не удовлетворяющих правилам.
- Троллинг, флейм.
- Нарушение правил сайта в целом.
Окончательное решение по соответствию поста или комментария правилам принимается модерацией сообщества. Просьбы о разбане и жалобы на модерацию принимает администратор сообщества. Жалобы на администратора принимает@SupportComunity и общество Пикабу.