光受容体と視覚経路

分子レベルでは、視覚信号が光色素分子の変換を引き起こし、その結果、視細胞の膜電位が変化します。光子のエネルギー準位は、その波長で示され、可視光の特定の波長ごとに異なる色に関連付けられています。電磁放射として分類される可視光のスペクトル範囲は、380〜720nmに及びます。720 nmを超える電磁放射波長は赤外線カテゴリに分類され、380 nm未満の波長は紫外線に分類されます。青色光は380nmの波長に対応し、濃い赤色の光は720nmの波長に対応します。他の色は、赤から青まで、この波長スペクトル内のさまざまなポイントにあります。

実際、オプシン色素は、レチナールという補因子と統合された膜貫通タンパク質です。このレチナールは、ビタミンAと炭化水素分子の成分です。レチナール分子の広範な炭化水素鎖における著しい生化学的変化は、光子がそれに衝突したときに引き起こされます。光異性化として知られるこの特定のプロセスは、光子相互作用により、鎖内の二重結合炭素の一部をシスからトランス配位に移行させます。光子相互作用の前に、レチナールの柔軟な二重結合炭素がシスコンフォメーションにあり、11-シス-レチナールとして知られる分子が形成されます。二重結合炭素は、光子が分子に衝突するとトランスコンフォメーションを仮定し、まっすぐな炭化水素鎖を特徴とする全トランスレチナールを形成します。

網膜内の視覚伝達プロセスは、光受容体の網膜構造の変化から始まります。これにより、レチナールタンパク質とオプシンタンパク質が活性化され、Gタンパク質が刺激されます。次に、活性化されたGタンパク質は、視細胞の膜電位を修飾し、網膜の外側シナプス層への神経伝達物質の放出を減少させます。この状態は、網膜分子が元の形状である11-cis-網膜型に戻るまで続きます-漂白と呼ばれるプロセス。かなりの量の光色素が漂白されると、網膜は対照的な視覚入力が受信されているかのようにデータを送信します。残像は、通常はネガタイプの画像として観察されますが、強い閃光にさらされた後によく発生します。一連の酵素的変化は、光異性化反転プロセスを促進し、したがって、追加の光エネルギーに応答してレチナールの再活性化を可能にする。

オプシンは、特定の光波長に対して特定の感度を示します。桿体状の光色素であるロドプシンは、波長498nmの光に対してピーク感度を示します。一方、3つのカラーオプシンは、564 nm、534 nm、420 nmの波長に最適に応答し、赤、緑、青の原色とほぼ一致します。桿体に含まれるロドプシンは、コーンオプシンよりも光に対する感度が高いことを示しています。これは、桿体が薄暗い条件下では視界に貢献し、錐体は明るい条件下で視覚に寄与することを意味します。通常の日光の下では、ロドプシンは絶えず漂白され、コーンは活性を維持します。逆に、薄暗い部屋では、光の強度がコーンオプシンを刺激するには不十分であり、視覚は完全に桿体に依存しています。実際、桿体は光に対して非常に感度が高いため、孤立した光子が桿体の対応するRGCの活動電位をトリガーできます。

コーンオプシンは、異なる光波長に対する感受性によって区別され、色を知覚する能力を提供します。3つのユニークな錐体の反応を分析することにより、私たちの脳は私たちが見たものから色データを抽出します。たとえば、波長が450nmに近い明るい青色光を考えてみましょう。これにより、「赤」の錐体の刺激が最小限に抑えられ、「緑」の錐体のわずかな活性化が、「青」の錐体の大きな刺激が発生します。脳は、この錐体の異なる活性化を計算し、色を青と解釈します。しかし、薄暗い条件下では、錐体は効果がなく、色を識別できない桿体が優勢です。その結果、暗い場所での私たちの視界は基本的に単色であり、暗い部屋ではすべてがさまざまな色合いの灰色で表示されます。

いくつかの一般的な眼疾患:

色覚異常は、臨床的に色覚異常として知られており、色の区別ができない状態です。この障害は通常、網膜の錐体(光感受性細胞)の遺伝性欠損に起因します。症状には、色や色の濃淡を区別するのが難しいことが含まれる場合があります。

夜盲症は、医学的には眼盲症または片麻痺症と呼ばれ、暗い場所や夜間に見る個人の能力に影響を与える障害です。原因は、ビタミンA欠乏症から網膜色素変性症などの基礎疾患までさまざまです。この障害を持つ人は、夜間の視力や薄暗い照明への適応に困難を経験します。

白内障は、特に高齢者によく見られる眼疾患で、通常は透明な眼の水晶体が曇ることを特徴としています。これにより、曇った窓から見ているのと同じように、視界がぼやける可能性があります。ほとんどの白内障は時間の経過とともにゆっくりと進行し、最終的には視力を妨げる可能性があります。

緑内障は、脳に画像を送る視神経が、目の圧力の上昇により損傷を受ける別の深刻な目の状態です。治療せずに放置すると、視力低下につながる可能性があります。緑内障の最も一般的なタイプである開放隅角緑内障は、多くの場合、徐々に視力が低下する以外の症状はありません。