Ваш мозг. Что нейронаука знает о мозге и его причудах - Марк Дингман

Согласно предположениям исследователей, мы придаем такое значение глазам потому, что наша способность учиться или делать что-то сообща зависит от того, куда смотрят другие4. Если человек знает, на какой предмет смотрит другой, это помогает ему также сфокусироваться на нем. Благодаря этому происходило своего рода общение еще до появления языков.

Однако с точки зрения физиологии главная задача радужки – следить за размером зрачка и, как следствие, за количеством света, которое улавливает глаз. Затем этот свет собирается в задней части глаза благодаря хрусталику, расположенному прямо за зрачком. Хрусталик отвечает за то, чтобы достаточное количество света попало на тот участок сетчатки, который позволит как следует вглядеться в нужный предмет.

Просто представьте, сколько различных задач должен выполнять мозг, чтобы вы могли видеть. Ему необходимо обрабатывать огромное количество сведений (сетчатка отправляет мозгу примерно по 10 млн битов информации в секунду – что сравнимо со скоростью работы локальной сети компьютеров)5. Чтобы работать с этой информацией, мозг должен преобразовывать фотоны (частицы света) в понятные ему сигналы – потенциалы действия или нейромедиаторы. Далее, эти электрические и химические сигналы активируют различные зоны мозга и человек распознает окружающие его предметы. Все это происходит настолько быстро, что вы безо всякого труда видите все, что находится в поле вашего зрения.

Распознавание окружающих предметов сложно и требует работы различных участков мозга. Преобразование же фотонов в понятные мозгу сигналы целиком происходит в сетчатке глаза. Нельзя не поразиться той огромной работе, которую проделывает этот тончайший (толщиной примерно с бритвенное лезвие) слой клеток, расположенный в самой отдаленной от внешнего мира части глаза. Ключевые этапы зрительного восприятия возможны благодаря группе нейронов в сетчатке, называемых фоторецепторами.

Фоторецепторы – это особый вид нервных клеток, которые способны улавливать свет. Такие нейроны содержат в себе поглощающие свет вещества под названием «ретиналь». Они меняют форму при столкновении с фотонами. Изменение формы молекул ретиналя запускает в клетке биохимические процессы, благодаря которым от фоторецептора к другим клеткам в сетчатке (а затем и к головному мозгу) направляется сигнал.

Полагаю, вы еще с уроков биологии помните, что существует два вида фоторецепторов: палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цветовосприятие, а палочки – за черно-белое зрение. Палочки нужны только в полумраке; когда уровень освещения близок к лунному, они улавливают весь доступный им свет. На более яркое освещение палочки не отзываются: даже если вокруг станет светлее, передавать больше зрительной информации они не станут.

А вот колбочки способны подстраиваться под разные уровни освещения и поглощать различное количество фотонов. Поэтому днем зрительную информацию передают только колбочки. Ретиналь в колбочках прикреплен к пигментным молекулам – опсинам. Благодаря опсинам колбочки поглощают световые волны различной длины, что составляет основу цветовосприятия. (Ретиналь в палочке также прикреплен к опсину – но лишь к одной его молекуле, поэтому ретиналь в палочках не может отправлять сигналы, связанные с различными цветами.)

Колбочки бывают трех видов, каждый из которых чувствителен к световым волнам определенной длины – коротким, средним и длинным (им соответствуют синий, зеленый и красный цвета). Остальные участники зрительной системы переводят направляемые различными колбочками сигналы в понятную мозгу форму, чтобы человек мог различать цвета.

Тем, что колбочки позволяют нам воспринимать цвета, можно объяснить и всем известное заболевание – дальтонизм. Дальтонизм в основном встречается у мужчин (около 8 %) и намного реже – у женщин (0,5 %)6. Причина такого разрыва в том, что самые распространенные виды дальтонизма связаны с отклонениями в работе колбочек, которые чувствительны к красному и зеленому цвету. А гены, отвечающие за чувствительность колбочек к световым волнам этой длины, находятся в X-хромосоме. Снова вспомним уроки биологии: у мужчин только одна X-хромосома, а у женщин – две. Если у женщины присутствует мутация в одной X-хромосоме, ее наверняка перекроет здоровый ген в другой. Если же подобная мутация встречается в X-хромосоме мужчины, то он столкнется с недостатком зрения (в данном случае – с дальтонизмом).

Однако люди, абсолютно не способные различать цвета, встречаются крайне редко. Дальтонизм – это не неспособность различать цвета в принципе, а неспособность различать некоторые цвета. Большинство видов дальтонизма связано с отклонениями в цветовосприятии, а самая распространенная его форма – называемая красно-зеленым дальтонизмом – возникает из-за отклонений в работе колбочек, чувствительных к зеленому цвету: они просто не распознают его. Для людей с такой формой дальтонизма желтый и зеленый цвета выглядят красноватыми, но в жизни это по большей части не мешает.

Полная цветовая слепота крайне редко встречается и среди других видов животных. Зато существует множество видов (например, еноты, ночные обезьяны, некоторые морские млекопитающие) лишь с одним типом колбочек в зрительной системе, из-за чего их цветовосприятие крайне ограничено. Наверное, вам уже интересно, какие цвета различают собаки? По правде говоря, многие ошибаются, когда заявляют, что собаки видят мир в черно-белом цвете. Как и у большинства других млекопитающих, у собак есть два вида колбочек (из трех, привычных людям). Если судить по результатам исследований, то их зрение напоминает зрение человека с красно-зеленым дальтонизмом7.

При хорошем освещении (например, днем) колбочки отвечают не только за цветовосприятие, но и за четкость зрения. Когда человек хочет к чему-то приглядеться, он невольно смотрит на предмет таким образом, чтобы отраженный от него свет падал на область сетчатки, известную как центральное углубление. Именно там расположено больше всего колбочек.