Jak rozpoznać komórki odpowiedzialne za kolory? Polscy fizycy uprościli pomiar
Mapa rozmieszczenia trzech typów czopków pomaga badać, jak działa widzenie barw. Jej stworzenie wymaga jednak rozpoznania pojedynczych komórek w żywym oku. Zespół z IChF PAN i Wydziału Fizyki UW uprościł ten pomiar, zastępując dodatkowy układ korekcji optycznej obliczeniami.
Reakcja na kolory zaczyna się w siatkówce – światłoczułej tkance w głębi oka. Znajdują się w niej trzy typy czopków, czyli komórek reagujących na światło. Każdy zawiera inny światłoczuły barwnik: substancję, która pochłania światło i rozpoczyna proces widzenia. Czopki S są najbardziej wrażliwe na krótkie fale, M na średnie, a L na długie. Ich zakresy czułości nakładają się, a układ nerwowy porównuje napływające sygnały. Dzięki tej współpracy widzimy bogactwo barw.
Podręcznikowe rysunki często oznaczają te komórki kolorem niebieskim, zielonym i czerwonym. W rzeczywistym oku nie mają one tak czytelnych etykiet. Szczególnie trudno odróżnić z wyglądu czopki L od M. Jak więc ustalić, gdzie znajduje się każdy typ i jak gęsto jest rozmieszczony?
Mozaika w centrum siatkówki
To ważne, bo czopki tworzą mozaikę, której układ pomaga zrozumieć zarówno widzenie barw, jak i rozróżnianie drobnych szczegółów. Komórki są najciaśniej upakowane w centrum siatkówki, a czopki S stanowią niewielką część całego zestawu. Proporcje L i M mogą natomiast znacznie różnić się nawet między osobami prawidłowo widzącymi barwy. Mapa pokazująca położenie i typ każdej komórki pozwala badać te różnice oraz ich związek z widzeniem.
Stworzenie takiej mapy w żywym oku najczęściej wymaga pomiaru różnic w pochłanianiu światła przez barwniki czopków. Inną drogę otworzyła optoretinografia – badanie drobnych zmian zachodzących w komórkach po oświetleniu. Ponieważ poszczególne typy czopków różnie reagują na ten sam bodziec, ich rozpoznanie opiera się na pomiarze siły odpowiedzi.
W obu podejściach trzeba jednak oddzielić sygnały pochodzące od komórek leżących tuż obok siebie. Utrudniają to niedoskonałości optyczne oka, które rozmywają obraz. Stosuje się więc optykę adaptacyjną: dodatkowy układ aktywnych elementów, który na bieżąco kompensuje zniekształcenia. Umożliwia on dokładny pomiar, lecz zwiększa koszt i złożoność aparatury oraz wymaga specjalistycznej obsługi. To jedna z przeszkód w szerszym wykorzystaniu takich badań.
Innowacyjne badanie naukowców PAN i UW
Zespół z Międzynarodowego Centrum Badań Oka ICTER, działającego w Instytucie Chemii Fizycznej PAN we współpracy z Wydziałem Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, pokazał, że typy czopków można rozpoznawać także bez tego dodatkowego układu. Wyniki opublikowano w „Journal of Physics: Photonics”.
Naukowcy wykorzystali specjalną odmianę optycznej tomografii koherencyjnej (OCT). Technika ta analizuje światło odbite od tkanek, pozwalając odtworzyć ich budowę. W doświadczeniu służyła również do pomiaru zmian drogi światła wewnątrz czopków, związanych z ich rozmiarem i właściwościami optycznymi. Zmiany te, towarzyszące reakcji na oświetlenie, mają skalę pojedynczych nanometrów – milionowych części milimetra. Zamiast korygować zniekształcenia dodatkowym układem optycznym podczas pomiaru, badacze korygowali je obliczeniowo w zarejestrowanych danych.
Metodę sprawdzono u trzech zdrowych osób. Siatkówkę oświetlano czerwonym błyskiem trwającym pół sekundy. Czopki L odpowiadały na niego najsilniej, M słabiej, a S najmniej. Komputerowa korekcja pozwoliła rozdzielić reakcje sąsiednich komórek i stworzyć mapy ich typów w badanym fragmencie siatkówki.
U jednej osoby powtórzono pomiary. W porównaniach czopków sklasyfikowanych w obu pomiarach ponad 95 proc. otrzymało ponownie to samo oznaczenie, zaś 11–14 proc. wszystkich komórek pozostawało bez pewnego przypisania. Metoda wymaga więc dalszego doskonalenia, zwłaszcza w centrum siatkówki, gdzie czopki leżą najbliżej siebie.
W tej pracy jeszcze tego nie sprawdzano, ale uproszczenie aparatury mogłoby ułatwić śledzenie zmian pracy czopków podczas wielu chorób i ich leczenia. Jednym z takich zastosowań jest badanie daltonizmu. Wrodzone zaburzenia widzenia barw mogą wynikać z braku prawidłowego barwnika albo zmiany jego czułości, dlatego sama identyfikacja czopków nie wyjaśnia problemu. Informacja o ich rozmieszczeniu i reakcjach mogłaby jednak pomóc powiązać wynik testu widzenia barw z działaniem konkretnych komórek.
Przeczytaj także: Nobel z chemii za odkrycia, którym zawdzięczamy m.in. lepsze leki
Źródło: naukawpolsce.pap.pl
Last Updated on 15 października, 2026 by Krzysztof Kotlarski