Ваш мозг. Что нейронаука знает о мозге и его причудах

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.

Дальтонизм: мифы и факты

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).