Как наши глаза улавливают свет на разных частотах?

Краткий ответ
. Потенциалы действия, генерируемые для разных цветов, действительно схожи во всей нервной системе и не кодируют цвет как таковой. Вместо этого разные чувствительные к цвету клетки сетчатки связаны с разными нейронами, и эти специфические для цвета сигналы остаются разделенными вплоть до высших зрительных областей коры.

Предыстория
Потенциалы действия действительно очень похожи во всей нервной системе. Однако цветочувствительные сенсорные клетки сетчатки , называемые колбочками , бывают трех видов: красного, зеленого и синего. Эти цвета формируют систему RGB точно так же, как в вашем LED-телевизоре, и вместе могут создавать все доступные миллионы цветов. Эти три колбочки в конечном итоге образуют синапс на цветоспецифичных вторичных сенсорных нейронах (рис. 1).

Hence, R, G and B cones indeed generate identical action potentials in downstream neurons, the trick is they do so in different retinal ganglion cells, and at different firing rates depending on the intensity of light that particular cone is sensitive to. These different classes of retinal ganglion cells project onto different classes of neurons in the brainstem (lateral geniculate nucleus, or LGN) and ultimately onto different neurons in the higher cortical visual areas in the brain.

^{Fig. 1. Different classes of cones synapse onto different classes of secondary sensory neurons in the retina. source: Discovery Eye Foundation}

Причину, по которой мы можем различать миллионы цветов, можно объяснить с помощью модели цветового зрения Геринга (рис. 2). По сути, разные колбочки попарно сходятся на противоположных цветочувствительных клетках. Система красно-зеленого противника, например, работает, взвешивая количество красного и зеленого во входящем сигнале. Результатом такого взвешивания является аналоговая система, которая может кодировать миллионы цветов по оси красно-зеленый (рис. 3).

^{Рис. 2. Модель цветового зрения Геринга. источник: вебвижн}

^{Рис. 3. Красно-зеленая цветовая ось. источник: SO}

Как может второстепенный стимул, приводящий к цепочке потенциалов действия «все или ничего», превратиться во что-то столь же конкретное, как видение цвета?

Визуальная фототрансдукция – один из ответов на ваш вопрос.

Это процесс, при котором свет преобразуется в электрические сигналы в палочках, колбочках и светочувствительных ганглиозных клетках сетчатки глаза. Этот цикл был объяснен Джорджем Вальдом (1906-1997), за что он получил Нобелевскую премию в 1967 году. Это так называемый «визуальный цикл Вальда» в его честь.

Обзор

Зрительный цикл — это биологическое преобразование фотона в электрический сигнал в сетчатке. Этот процесс происходит через рецепторы, связанные с G-белком, называемые опсинами, которые содержат хромофор 11-цис ретиналя. 11-цис ретиналь ковалентно связан с опсином. При попадании фотона 11-цис-ретиналь подвергается фотоизомеризации в полностью-транс-ретиналь, который изменяет конформацию опсина, что приводит к каскадам передачи сигнала, что вызывает закрытие циклического GMP-зависимого катионного канала и гиперполяризацию фоторецепторной клетки.

Преобразование сигнала

В темноте глутамат постоянно секретируется в синапсах между фоторецепторами и биполярными клетками.

В свете

1) Световой фотон взаимодействует с сетчаткой в ​​фоторецепторной клетке. Сетчатка подвергается изомеризации, изменяя конфигурацию с 11-цис на полностью транс-конфигурацию.

2) Ретиналь больше не вписывается в сайт связывания опсина.

3) Таким образом, опсин претерпевает конформационные изменения в метародопсин II. Метародопсин II нестабилен и расщепляется, давая опсин и полностью транс-ретиналь.

4) Опсин активирует регуляторный белок трансдуцин.

5) Это заставляет трансдуцин диссоциировать от своего связанного GDP и связывать GTP, затем альфа-субъединица трансдуцина диссоциирует от бета- и гамма-субъединиц, при этом GTP все еще связан с альфа-субъединицей.

6) Комплекс альфа-субъединица-ГТФ активирует фосфодиэстеразу или ФДЭ. ФДЭ расщепляет цГМФ до 5'-ГМФ.

7) Это снижает концентрацию цГМФ, и поэтому натриевые каналы закрываются.

8) Закрытие натриевых каналов вызывает гиперполяризацию клетки из-за продолжающегося оттока ионов калия.

9) Гиперполяризация клетки вызывает закрытие потенциалзависимых кальциевых каналов. По мере снижения уровня кальция в фоторецепторной клетке количество нейромедиатора глутамата, высвобождаемого клеткой, также падает.

10) Уменьшение количества глутамата, высвобождаемого фоторецепторами, вызывает деполяризацию On-центральных биполярных клеток (палочки и колбочки On-биполярных клеток) и гиперполяризацию колбочковых внецентровых биполярных клеток.

Импульсная проводимость Как объяснено AliceD выше через CN 2 с использованием принципа маркированной линии.

Как наши глаза улавливают свет на разных частотах?

Разные частоты воспринимаются разными фоторецепторами, т.е. разными пигментами колбочек. Трехцветный механизм является самым известным. Здесь наши глаза могут различать три разных цвета : красный, зеленый и синий . Они смешиваются соответствующим образом для обнаружения различных цветов.

Например: 99:42:0 даст вам восприятие оранжевого цвета. Это означает 99% красного, 42% зеленого и 0% синего.