分享

(23)光明是因为没有黑暗?《颜色-不是你想象的那样》

 钟书神经 2017-06-29

光线通过角膜,晶状体的折射到视网膜上, 视网膜中的感光细胞受到光刺激而产生光信号,并通过神经细胞把信号传递到大脑中,形成视觉。


光明和黑暗是如何产生呢?


量子学说光由光量子组成。有光量子,就有光明,没有光量子,就是黑暗。那么神经学家如何解释呢?下面详细解说。




首先光线通过角膜,晶状体的折射到视网膜上,视网膜中的感光细胞受到光刺激而产生光信号。视网膜的结构如下,从外到里,分别是光感受器(感光细胞),双极细胞,神经节细胞。


视网膜结构示意图


1
光感受器(感光细胞)

感光细胞有两类:杆体细胞(视杆细胞)锥体细胞(视锥细胞)。这些细胞是根据其形状命名的(后期会详细介绍),如下图


感光细胞


这些感光细胞的一端包含可以被光激活的视蛋白和特殊分子,另一端贮藏着叫做谷氨酸的神经递质。这些神经递质可以被视网膜上的其他神经元感受并受刺激。


感光细胞里的视蛋白

当光刺激视蛋白之后,触发一系类叫做光传导(phototransduction)的事件。光传导改变感光细胞的电压,变化的电压传递到细胞的另一端,引起神经递质谷氨酸的分泌。


感光细胞传递的神经递质


有趣的是,由感光细胞分泌的神经递质谷氨酸的最大分泌量,是发生在黑暗中(没有光)。而当光刺激了感光细胞后,谷氨酸的分泌就会减少。

也就是说,我们感受到的光是因为没有或很少分泌谷氨酸(跟我们常常认知——光引发刺激——相悖)。所以我们可以说,光明是因为没有黑暗,至少对于感光细胞来说是这样的。


2
双极细胞

和感光细胞相连的是双极细胞(bipolar cells),如下图


双极细胞与感光细胞的关系


双极细胞也有不同种类:

  • 有一些可以被谷氨酸激活,我们叫做给撤光型(OFF)双极细胞,因为它会被黑暗刺激。

  • 另一些双极细胞会被谷氨酸抑制,我们叫做给光型(ON)双极细胞,因为它会被明亮刺激。


视网膜包含十几个类型的双极细胞。大概一半是撤光型(OFF)双极细胞 ,另一半是给光型(ON)双极细胞。


撤光型(OFF)和给光型(ON)的区别在于跟它们相连的能接收器双极细胞轴突信息的神经元细胞。通过轴突传递到大脑下游区域的树突。这些下游区域的细胞也分撤光型(OFF)和给光型(ON)。

撤光型(OFF)和给光型(ON)双极细胞

  • 也就是说,在黑暗的时候,神经递质谷氨酸分泌较多,也激活了撤光型(OFF)双极细胞,同时也抑制了给光型(ON)双极细胞,所以我们能感知到黑暗;

  • 同理在光亮的地方,神经递质谷氨酸分泌较少甚至没有,这样没法激活撤光型(OFF)双极细胞,同时也没法抑制给光型(ON)双极细胞,给光型(ON)双极细胞处于活跃状态,所以我们能感知到光明。


为什么谷氨酸这神经递质会对这两种双极细胞有截然相反的作用呢?

因为他们虽然都接收到谷氨酸,但在细胞中却产生相反的电压变化


3
神经节细胞

如下图红框里的神经元细胞,主要结构有胞体(体细胞)、轴突和树突。

【在公众号“领略色彩之雅”中回复“神经节”可以看到关于神经细胞有趣的介绍】


胞体里面包含很多细胞器,如细胞核。从胞体发散细小的分支叫做神经突。最长的神经突被称为轴突axon。轴突连接眼睛和大脑,传递视觉信息。除了长长的轴突,还有短一些的树突dendrites。树突的作用是接收从另一个神经细胞传递过来的信号。

其实信号的传递都是电压变化的传递。


不是所有神经的反应都是一样的。他们有各自的偏好。

正如视网膜上的神经节细胞,我们展示一系列不同的视觉刺激,记录电压峰值。如果由于某刺激一个神经兴奋,我们就可以说这神经对这类刺激有反应。但神经节细胞偏向哪些刺激呢?很难全面回答。因为神经节细胞有多种不同类型,答案取决于特定类型的细胞。


4
结语

视网膜上,光感受器(感光细胞),双极细胞,神经节细胞这些组织的层级关系如下图:


视网膜结构明细图


综上所述:

从物理学上讲,黑暗是因为没有光量子;

对于感光细胞来说,光明是因为没有神经递质的刺激;

而对于双极细胞来说,光明和黑暗能量一样但作用相反的电压。


    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多