Рис. 9.1. Строение глаза и сетчатки
В глазах млекопитающих свет проходит к сетчатке вдоль условной линии, которая называется зрительной – или третьей главной оптической – осью. Это прямая линия, идущая от наблюдаемого объекта к середине центральной ямки сетчатки. По пути к сетчатке свет проходит через несколько слоев соединений и структур глаза. Сначала это маслянистая слезная пленка, покрывающая глаз: она защищает, смазывает и сохраняет поверхность глаза чистой. Дальше идет роговица, выглядящая как прозрачная ткань, но довольно сложная, с несколькими специальными слоями. Роговица фокусирует больше половины света, который воспринимает глаз. После этого свет попадает в переднюю камеру. Эта структура наполнена жидкостью и примыкает вплотную к следующему элементу строения глаза по зрительной оси – радужной оболочке, которая контролирует размер зрачка. Радужная оболочка, или радужка, содержит пигмент, благодаря которому появляются бездонные синие глаза, волнующие зеленые или удивительные карие. Следующее звено по зрительной оси – зрачок; он может увеличиваться в диаметре, чтобы больше света проникало в остальную часть глаза, или сокращаться для ограничения количества света, поступающего вдоль зрительной оси. Дальше идет хрусталик. Он выпуклый, и с его помощью свет вдоль зрительной оси фокусируется на сетчатке. Между хрусталиком и сетчаткой находится большая структура – стекловидное тело. Свет, прежде чем попасть на сетчатку, проходит через него. И последняя часть глаза большинства млекопитающих – это сетчатка.
Люди с супервидением – это что-то из области мифических персонажей, их существование настолько сомнительно, что любое проявление зрительных сверхспособностей тут же становится интернет-мемом и обрастает подозрениями. Два недавних случая особенно интересны, ведь независимо от того, правда это или нет, они дают информацию о пределах человеческого зрения.
Первая история супервидения рассказывает о женщине из Германии по имени Вероника Зайдер. В 1970-е годы ее объявили человеком с самым лучшим зрением на планете, потому что она утверждала, что видит детали объектов, находящихся на расстоянии более полутора километров. Согласно источникам информации, она даже могла идентифицировать людей на такой дистанции: у нее было зрение 20/2, а может, даже 20/1! У большинства людей острота зрения равна 20/20 (или 6/6, если вы пользуетесь метрической системой), что означает, что они могут ясно видеть объекты на расстоянии 20 футов, или 6 метров. Если у человека зрение 20/200 (6/60), это значит, что на расстоянии 20 футов (6 метров) он будет видеть то же самое, что человек со зрением 20/20 видит на расстоянии 200 футов (60 метров). Другими словами, человек с показателями зрения 20/200 (6/60) видит примерно одну десятую того, что видит большинство. Показатели Зайдер – 20/2 (6/0,6), а значит, на расстоянии 20 футов (6 метров) она четко различает то, что средний человек видит в 2 футах (60 см) от себя. Ее зрение в десять, а то и в двадцать раз лучше, чем у обычных людей, оно такое же острое, если не лучше, как и у хищных птиц, чьи показатели – 20/2 (6/0,6).
Бейсболисты, чей удар сильно зависит от остроты зрения, должны определять скорость и распознавать вращение мяча задолго до того, как тот достигнет пластины, чтобы замах битой был своевременным и точным. Например, посчитали, что неправильная оценка скорости подачи всего на 4 км/ч ведет к тому, что игрок пытается отбить мяч либо на 30 см раньше, либо позже. Все подачи для великих питчеров выглядят по-разному. Вот для меня все одно: что фастбол, что слайдер, что форкбол или чейндж-ап[35] – я вижу лишь мутное пятно (именно поэтому моя карьера в бейсболе закончилась еще в средней школе). А для Уэйда Боггса или великого Теда Уильямса фастбол выглядит белым, при слайдере появляется красная точка, а кервбол характерен вращающимися полосами. Некоторые питчеры при ударе достигают состояния бейсбольной нирваны, называемой точной фовеальной фиксацией. Это состояние, когда питчер видит мяч с такой точностью, что может определить, где именно тот пересечет пластину, и нахождение в той самой зоне, по-видимому, и вызывают эйфорию. Фовеа, или центральная ямка, – это крошечная область сетчатки, где достигается наиболее сфокусированное, четкое и детальное зрение, она и отвечает за фовеальную фиксацию. Лучше всего это можно объяснить на примере известного теста. Посмотрите на изображенные ниже фигуры и в течение нескольких секунд сосредоточьте взгляд на символе зарегистрированного товарного знака (®), а затем, продолжая концентрировать внимание на этом символе, попытайтесь понять, как вы видите фигуры справа и слева от него.
Если вы все сделали правильно, то другие фигуры кажутся немного размытыми. Это происходит потому, что на знаке регистрации вы фокусируете фовеальную область сетчатки, и это единственное, что вы способны видеть с остротой зрения 6/6 (или 20/20). Есть кое-что особенное в строении центральной ямки, необходимое для понимания работы зрения.
Второй интернет-мем – это китайский мальчик-кот, которого зовут Нонг Юхуй. В 2012 году стало известно, что этот мальчик может видеть в темноте, а его глаза светятся, как у кошки. Сторонники теории инопланетного заговора тут же дополнили историю красочными подробностями (увы, такова сущность интернета), и информация о Нонге сейчас довольно сумбурна. Однако это не отменяет того факта, что мальчик действительно хорошо видит в темноте. А кошачье свечение появилось из-за недостатка пигмента в клетках глаз, вызванного расстройством, называемым глазным альбинизмом. Животные с исключительно прекрасным ночным зрением, такие как кошки, имеют отражающий слой ткани, связанный с сетчаткой, который называется тапетум (tapetum lucidum). Благодаря ему на сетчатку поступает больше света. Тапетум отражает свет, поэтому и светится в темноте, однако глаза Нонга – это другой случай. Между глазным альбинизмом и наличием тапетума нет ни генетической, ни анатомической связи.
Глаза животных с ночным зрением имеют повышенное количество клеток сетчатки. Сетчатка состоит из тысяч маленьких палочек и колбочек. У кошек в сетчатке гораздо больше палочек, и, хотя сетчатку Нонга никто не исследовал, держу пари, что в ней тоже преобладают палочки. Вероятно, после этих двух историй вам стало любопытно узнать о строении сетчатки и о всех этих палочках и колбочках.
Глаза позвоночных устроены довольно сложно, в них множество структур, с помощью которых мы фильтруем свет и фокусируем взгляд, однако большая часть событий происходит на сетчатке, поэтому имеет смысл рассмотреть ее подробнее. Для начала запомните, что на сетчатке и возникает потенциал действия, посылающий в мозг электрические импульсы (в главе 10 вы узнаете, куда именно в мозге приходят в итоге эти сигналы).
Сетчатка – это в буквальном смысле поле, на котором находятся два вида специализированных рецепторных клеток: палочек и колбочек. Все они напрямую связаны с мозгом. На самом деле многие неврологи считают сетчатку частью мозга[36]. То, как все эти палочки и колбочки распределяются по сетчатке и какой свет они чувствуют, в большей степени определяет, что происходит с нашим зрением. Надо заметить, что на сетчатке есть еще и третий тип фоторецепторов – светочувствительные клетки [pRGC]. Их обнаружили примерно сто лет назад у слепых мышей. Эти клетки будут реагировать на свет, даже если палочки и колбочки отсутствуют или выведены из строя. Клетки pRGC участвуют в поддержании суточных биоритмов и лишь опосредованно связаны со зрением.
Колбочки отвечают за остроту зрения, или разрешающую способность, поэтому фовеа, или центральная ямка, заполнена только клетками этого типа. Чем больше колбочек в фовеа, тем лучше она функционально согласована с остротой или разрешением. Кроме того, именно здесь подбирается наилучшее цветовое разрешение для нашей зрительной системы. Но неверно было бы предположить, что цветоощущение и острота каким-то образом связаны. Несмотря на то что обе эти функции выполняются колбочками, это разные явления.
При плохом освещении, когда нет необходимости в определении цвета и сильной остроте, за дело берутся палочки. Неудивительно, что область, отвечающая за зрение при низком уровне освещенности, находится вдали от центральной ямки, на периферии сетчатки, ведь именно здесь и обитают все палочки.
Составляющие сетчатку палочки и колбочки очень плотно уложены. На концах, направленных к внешней стороне клеток, находятся белки, которые встроены в клеточную мембрану и обращены наружу. Эти специализированные фоторецепторные белки называются опсинами, и их структура очень похожа на структуру хеморецепторов, описанных в начале книги. Для того чтобы закрепить опсин в палочке или колбочке, существуют семь трансмембранных доменов, которые входят и выходят через клеточную мембрану. Как и в случае с хеморецепторами, один конец белка лежит на внешней стороне клетки, а небольшой хвост белка – на внутренней. В том месте, где расположены семь охватывающих мембрану доменов, уютно устроилась небольшая молекула хромофора, называемая 11-цис-ретиналь, – прямо рядом с белком, соединенная с его внутренней частью. Хромофор фотореактивен: когда на него воздействует фотон определенной длины волны, он изомеризуется (меняет форму, но не химический состав) и вываливается из своего уютного домика в сетчатке – опсина. Это изгнание молекулы, в свою очередь, приводит к изменению структуры самого опсина и запускает те же самые реакции G-белка, которые мы наблюдали при хеморецепции, когда я рассказывал про запах и вкус.
Человеческие опсины представляют собой большой и разнообразный набор белков, кодируемых генами в геноме человека. Существует девять основных типов, но не все они задействованы в работе зрительной системы. Со зрением связаны родопсин, красный опсин, зеленый опсин и синий опсин. Важным аспектом в развитии хорошего цветового зрения у людей стало то, что зеленый и красный опсины находятся рядом друг с другом на Х-хромосоме в геноме человека. Синие опсины расположены на седьмой хромосоме человека, а родопсин, последний участвующий в цветовом зрении опсин, находится на третьей хромосоме.