На молекулярном уровне визуальные сигналы запускают преобразования в молекулах фотопигмента, что приводит к изменениям мембранного потенциала фоторецепторной клетки. Энергетический уровень фотона обозначается длиной волны, при этом каждая конкретная длина волны видимого света связана с определенным цветом. Спектральный диапазон видимого света, классифицируемого как электромагнитное излучение, охватывает от 380 до 720 нм. Длина волны электромагнитного излучения, превышающая 720 нм, относится к категории инфракрасного излучения, а менее 380 нм — к ультрафиолетовому излучению. Синий свет соответствует длине волны 380 нм, в то время как темно-красный свет соответствует длине волны 720 нм. Другие цвета лежат в различных точках этого спектра длин волн, от красного до синего.

Пигменты опсинов, по сути, представляют собой трансмембранные белки, интегрированные с кофактором под названием сетчатка. Этот ретиналь является составной частью витамина А и молекулы углеводорода. Значительное биохимическое изменение в обширной углеводородной цепи молекулы сетчатки запускается при воздействии на нее фотона. Этот специфический процесс, известный как фотоизомеризация, переводит некоторые из углеродов с двойными связями внутри цепи из цис-конфигурации в транс-конфигурацию из-за фотонного взаимодействия. До фотонного взаимодействия гибкие углероды сетчатки с двойными связями находятся в цис-конформации, что приводит к образованию молекулы, известной как 11-цис-ретиналь. Углероды с двойными связями приобретают транс-конформацию при столкновении фотона с молекулой, образуя полностью транс-ретиналь, характеризующийся прямой углеводородной цепью.

Процесс визуальной трансдукции в сетчатке начинается с изменения структуры сетчатки в фоторецепторах. Это приводит к активации белков сетчатки и опсина, которые стимулируют G-белок. Затем активированный G-белок изменяет мембранный потенциал фоторецепторной клетки, вызывая уменьшение высвобождения нейротрансмиттеров во внешний синаптический слой сетчатки. Это состояние продолжается до тех пор, пока молекула сетчатки не вернется к своей первоначальной форме, 11-цис-ретинальной форме – процесс, называемый обесцвечиванием. Если значительное количество фотопигментов подвергается обесцвечиванию, сетчатка передает данные, как если бы они получали контрастные визуальные входы. Остаточные изображения, обычно наблюдаемые в виде изображений негативного типа, являются обычным явлением после воздействия интенсивной вспышки света. Ряд ферментативных изменений способствует процессу обращения вспять фотоизомеризации, тем самым обеспечивая реактивацию сетчатки в ответ на дополнительную световую энергию.

Опсины проявляют специфическую чувствительность к определенным длинам световых волн. Палочковый фотопигмент, родопсин, проявляет пиковую чувствительность к свету, который имеет длину волны 498 нм. С другой стороны, три цветовых опсина оптимально реагируют на длины волн 564 нм, 534 нм и 420 нм, которые примерно соответствуют основным цветам — красному, зеленому и синему. Родопсин, обнаруженный в палочках, демонстрирует более высокую чувствительность к свету, чем конусные опсины; Это означает, что палочки способствуют зрению при тусклом освещении, а колбочки — при более ярком. При нормальном солнечном свете родопсин непрерывно обесцвечивается, и шишки остаются активными. И наоборот, в тускло освещенной комнате интенсивность света недостаточна для стимуляции опсинов колбочек, что делает зрение полностью зависимым от палочек. На самом деле, стержни обладают настолько высокой чувствительностью к свету, что одиночный фотон может вызвать потенциал действия в соответствующем RGC стержня.

Конусные опсины, различающиеся по их чувствительности к различным длинам световых волн, обеспечивают способность воспринимать цвет. Анализируя реакцию трех уникальных типов колбочек, наш мозг извлекает цветовые данные из того, что мы видим. Рассмотрим, например, яркий синий свет с длиной волны около 450 нм. Это приведет к минимальной стимуляции «красных» колбочек, небольшой активации «зеленых» колбочек и значительной стимуляции «синих» колбочек. Мозг вычисляет эту дифференциальную активацию колбочек и интерпретирует цвет как синий. Однако в условиях тусклого освещения колбочки неэффективны, а палочки, которые не могут различать цвет, доминируют. В результате наше зрение при слабом освещении по сути монохромное, то есть в темной комнате все выглядит в разных оттенках серого.

Некоторые распространенные заболевания глаз:

Дальтонизм, клинически известный как ахроматопсия, — это состояние, характеризующееся дефицитом различительных цветов. Это заболевание обычно возникает в результате наследственного дефекта колбочек сетчатки (светочувствительных клеток). Симптомы могут включать трудности с различением цветов или оттенков цветов.

Куриная слепота, в медицине называемая никталопией или гемералопией, — это расстройство, которое влияет на способность человека видеть при слабом освещении или ночью. Причины могут варьироваться от дефицита витамина А до основных заболеваний, таких как пигментный ретинит. Люди с этим расстройством испытывают трудности с ночным зрением или адаптацией к тусклому освещению.

Катаракта, распространенное заболевание глаз, особенно у пожилых людей, характеризуется помутнением обычно прозрачного хрусталика глаза. Это может привести к нечеткому зрению, подобно тому, как если бы вы смотрели через запотевшее окно. Большинство катаракт развиваются медленно с течением времени и в конечном итоге могут мешать зрению.

Глаукома — еще одно тяжелое заболевание глаз, при котором зрительный нерв, который отправляет изображения в мозг, повреждается из-за повышенного давления в глазу. Это может привести к потере зрения, если его не лечить. Самый распространенный тип глаукомы, открытоугольная глаукома, часто не имеет никаких симптомов, кроме постепенной потери зрения.