Science:为啥白天不懂夜的黑?今日《科学》发现三种新细胞,可帮助大脑区分白昼与黑夜

2019-12-06 佚名 学术经纬

《科学》杂志刊登了来自索尔克研究所(Salk Institute)的一项新研究:Satchidananda Panda教授课题组在人体内找到了三种全新的细胞,并指出它们能探测光线强度,让大脑构建起生物钟的节律。索尔克研究所的新闻标题更为易懂——这三种细胞能让大脑区分白昼与黑夜。

《科学》杂志刊登了来自索尔克研究所(Salk Institute)的一项新研究:Satchidananda Panda教授课题组在人体内找到了三种全新的细胞,并指出它们能探测光线强度,让大脑构建起生物钟的节律。索尔克研究所的新闻标题更为易懂——这三种细胞能让大脑区分白昼与黑夜。

这些细胞有个很长的名字,叫做内在光敏视网膜神经节细胞(intrinsically photosensitive retinal ganglion cells,缩写ipRGC)。从名字上可以看出,这是一类分布在视网膜上,对光有敏感性的细胞。在小鼠等动物模型里,人们已经找到了这类细胞的存在,并找到了它们与生物节律之间的联系。但在人类乃至其他灵长类动物里,还从未有过对这类细胞的研究报道。

为了在人类中寻找这类细胞的痕迹,研究人员们借助了遗体捐献者的宝贵资源。他们从这些捐献者的眼睛里取出了视网膜,然后放在特定的设备上,研究在不同的光照下,这些视网膜里的细胞会有怎样的反应。

研究中,他们发现有一小部分细胞在30秒的光照后,会开始发射电信号。而即便光熄灭了,一些细胞也依旧会继续活跃几秒钟。这正是光敏性细胞的特征。随后,研究人员们也检验了不同颜色的光线,会对这些细胞产生怎样的影响。

详细的分析,让研究人员们一共找到了三种不同的ipRGC:第一种细胞对光非常敏感,很快就会有反应,而且这种反应可以持续很久;第二种细胞需要更长时间的光照才会有反应,而反应启动后,关闭的时间也会更久;第三种细胞只在光非常强的时候才会启动,启动的速度也非常快。但它们的活性不够持久,一旦光停止照射,就会停止工作。

发现这些细胞有啥用呢?研究人员们指出,它回答了关于生物钟的一些疑问。我们知道,光对于生物钟有着非常重要的调节作用。比如大家在睡觉前多看电脑和手机屏幕,接触了太多的蓝光,就有可能影响睡眠质量。而清晨的明媚阳光,也会促进我们从熟睡中醒来,迎接新的一天。如果看不见光,生物钟就容易出现紊乱。那么,为何一些看不见东西的盲人,也能保持良好的睡眠/清醒节律呢?

答案或许就在这些细胞上。这些盲人或许缺乏视锥或视杆细胞,但却依旧有负责感光的ipRGC。正是这些细胞的存在,才让他们能够维持良好的昼夜节律。

本研究的通讯作者之一Panda教授指出,生活习性的改变,让人类变得越来越“宅”,也越不容易受到自然光照影响。而理解这些细胞的功能,有助于让我们设计出更好的光照环境,改善我们的生活。

另一位通讯作者Ludovic Mure博士则指出,这些发现也有助于科学家去寻找治疗相关疾病的药物。

未来,这些研究人员们计划进一步研究这些细胞的细节。譬如先照射橙色的光,再照射蓝色的光,会产生怎样的效果。在自然界中,清晨和黄昏都会发生光色调的变化。理解这些细胞的反应,也有助于我们更好地理解自己的生物钟。

原始出处:
Ludovic S. Mure et al., (2019), Functional diversity of human intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, Science, DOI: https://science.sciencemag.org/content/366/6470/1251



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