6 апреля 2026 г. Ученые из Хельсинкского университета раскрыли нейронные механизмы, лежащие в основе исключительной чувствительности человеческого зрения в условиях, близких к полной темноте. Результаты исследования, опубликованные в декабре 2024 года в журнале Nature Communications, показали, что, хотя человек способен улавливать мельчайшие различия в интенсивности света, эта чувствительность достигается за счет невозможности регистрировать отдельные фотоны.
В течение почти столетия нейробиологи дискутировали о том, способен ли человеческий глаз различать единичные фотоны — наименьшее измеримое количество света. До настоящего момента решению этого вопроса препятствовала невозможность сопоставить зрительное восприятие человека с активностью сетчатки в условиях экстремальной чувствительности. Данное исследование прояснило ситуацию: зрительная система человека отдает приоритет способности различать слабые контрасты, а не ощущению одиночных фотонов.
Ключевые выводы работы:
• Человек может обнаруживать минимальные различия в интенсивности света даже в почти полной темноте.
• Такая точность достигается за счет минимизации нейронного шума в зрительной системе.
• Однако данный компромисс ограничивает способность системы обнаруживать отдельные световые частицы.
Используя передовые электрофизиологические измерения сетчатки и психологические наблюдательные тесты, исследователи впервые успешно связали осознанное зрительное восприятие с активностью конкретных нейронов сетчатки. В ходе исследования были идентифицированы специфические клетки сетчатки, ответственные за кодирование слабого света: обнаружено, что ганглиозные клетки ON-типа сетчатки играют решающую роль в обнаружении небольших приращений интенсивности света. Это открытие проливает свет на точное распределение функций между нейронами сетчатки во время выполнения зрительных задач.
Профессор Петри Ала-Лаурила, ведущий автор исследования и руководитель двух лабораторий в Хельсинкском университете и Университете Аалто, пояснил: «Наши результаты показывают, что человеческий глаз работает на грани фундаментальных физических пределов, доводя всю зрительную систему до абсолютного порога ее возможностей». Доктор Маркку Кильпеляйнен, первый автор статьи, добавил: «Способность различать слабые контрасты в ходе эволюции оказалась более критичной, чем обнаружение отдельных фотонов».
Полученные данные имеют далеко идущие последствия для лечения зрительных нарушений и разработки усовершенствованных ретинальных протезов. Практическое значение работы включает:
• Выявление роли конкретных клеток сетчатки помогает в создании таргетных методов лечения заболеваний сетчатки.
• Понимание нейронного кодирования может улучшить выявление и диагностику определенных нарушений зрения.
• Исследование закладывает основу для создания более эффективных протезных устройств путем согласования нейронной функции с интерпретацией ретинального кода.
Первоисточник: Markku Kilpeläinen et al, Primate retina trades single-photon detection for high-fidelity contrast encoding, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48750-y