2019年12月5日

三种类型的细胞帮助大脑分辨昼夜

夜间明亮的光线会打断人体正常的昼夜周期，也就是昼夜节律，从而引发失眠。事实上，昼夜节律在健康中起着重要作用。昼夜循环中断甚至与上夜班的人患癌症、心脏病、肥胖、抑郁症和2型糖尿病等疾病的几率增加有关。因此，了解人类眼睛如何感知光线可能会导致“智能”灯光，可以预防抑郁症，促进夜间睡眠，并保持健康的昼夜节律。

在一个科学该研究发表于2019年12月5日，索尔克研究所的研究人员报告了三个发现细胞类型在眼睛中检测光线并使大脑的昼夜节律与我们的环境光．这项研究标志着人类对这些物质的光反应的首次直接评估细胞这种细胞被称为本质光敏性视网膜神经节细胞(ipRGCs)，对健康的影响是巨大的。

该论文的资深作者、索尔克大学教授Satchidananda Panda说:“我们基本上已经变成了一个室内物种，我们脱离了白天白天和晚上几乎完全黑暗的自然循环。”“了解ipRGCs如何对光线的质量、数量、持续时间和顺序做出反应，将有助于我们为新生儿icu、icu、托儿中心、学校、工厂、办公室、医院、养老院甚至空间站设计更好的照明。”

对ipRGCs的新认识也可能推动未来的研究，以开发治疗性照明，治疗抑郁症、失眠、注意力缺陷和多动障碍(ADHD)、偏头痛，甚至阿尔茨海默病患者的睡眠问题。

熊猫实验室的博士后研究员、这项新研究的第一作者卢多维奇·穆尔(Ludovic Mure)说:“这也将为尝试新药或治疗人类特定疾病开辟多条途径。”

虽然之前在小鼠视网膜中发现过ipRGCs，但这些细胞在人类中从未被报道过。在这项新研究中，索尔克团队使用了由斯克里普斯研究所的安妮·汉内肯和犹他大学约翰·a·莫兰眼科中心的弗兰斯·文伯格共同开发的一种新方法，以在捐赠者去世后保持视网膜样本的健康和功能。然后，研究人员将这些样本放在电极网格上，研究它们对光线的反应。

他们发现一小群细胞在30秒的光脉冲后就开始放电。在关灯后，其中一些细胞需要几秒钟才能停止放电。研究人员测试了几种颜色的光，发现这些“本质光敏”细胞对蓝光最敏感——这种类型的光用于流行的冷白光LED灯和我们的许多设备，如智能手机和笔记本电脑。

后续实验揭示了三种不同类型的ipRGCs。1型对光线的反应相对较快，但关闭需要很长时间。第二种类型需要更长时间才能启动，关闭也需要很长时间。第三型只在光线非常强烈时才有反应，但它们会更快地启动，然后在光线消失后立即关闭。了解每种ipRGC类型的功能可以让研究人员更好地设计照明甚至治疗方法，从而开启或关闭细胞活动。

这项新研究实际上有助于解释过去对一些盲人的研究中报道的一种现象。这些人，尽管看不见，仍然能够调整他们的睡眠-觉醒周期和昼夜节律昼夜循环。因此，它们一定能以某种方式感知光线。

现在看来，ipRGCs是负责将光信号发送到大脑的细胞，即使对于那些缺乏杆状细胞和锥状细胞来将图像传递到大脑的人也是如此。

研究还显示，在具有功能性视杆细胞和视锥细胞的人群中，ipRGCs实际上与这些其他视觉细胞密切合作。这项新研究表明，ipRGCs可以将自身的光敏性与视杆和视锥细胞检测到的光结合起来，为我们看到的东西增加亮度和对比度信息。

潘达说:“这为设计更好的电视、电脑显示器和智能手机屏幕增加了另一个维度，在这些屏幕上，改变蓝光的比例可以欺骗大脑，让大脑看到的图像是亮是暗。”

潘达说，这项研究的下一步将是研究这些细胞在不同光色、强度和持续时间下的净输出，例如，比较它们对短脉冲光和长时间光的反应。该团队还对细胞对一系列光的反应感兴趣，比如蓝光变成橙色，反之亦然，这将模拟我们在黎明和黄昏时在自然界中遇到的一些光的变化。

“在不同年龄的供体视网膜制剂中重复这些实验，也将帮助我们了解年轻人和老年人的ipRGC功能是否或在多大程度上存在差异，这可能有助于室内设计光通常是为了更好的昼夜同步，甚至可能用于改善老年人和痴呆症患者的情绪。”潘达说。