Ультрафиолетовое зрение

[fregimus]

mi3ch на днях рассказал историю Клода Моне — как у того после операции по удалению катаракты развилось ультрафиолетовое зрение. Мне сделалось любопытно, существует ли такой феномен и как часто он проявляется. Оказалось, что существует и, по-видимому, широко распространен, хотя и не все прооперированные замечают свои новые способности.

Разберем сначала устройство человеческого глаза, тех его частей, которые участвуют в преломлении и восприятии света.



Из рисунка видно, что свету, прежде чем добраться до сетчатой оболочки (13), где он преобразуется в нервные импульсы, предстоит преодолеть роговицу(5), переднюю камеру(8), заполненную постоянно обновляющейся питательной водянистой влагой, затем пройти через хрусталик(11) — гибкую линзу с изменяющимся фокусным расстоянием, обеспечивающую «наводку на резкость», и стекловидное тело(12), которым заполнена задняя полость глаза. Катаракта — дегенеративное заболевание хрусталика, при котором линза мутнеет и перестает пропускать свет: сначала появляются желтоватые тона и блики у источников света, а затем, по мере прогрессирования болезни, хрусталик делается непрозрачным и наступает слепота.

Традиционным способом лечения катаракты было (и остается) удаление пораженного хрусталика. Инструменты, пригодные для этой операции, были обнаружены археологами в Вавилоне, Древнем Египте и Древней Греции. Описание операции приводилось Авлом Корнелием Цельсом в 27 г. н. э. Глаз с удаленным хрусталиком способен видеть свет, но изображение будет крайне размытым: оптическая сила хрусталика составляет от +10 до +33 диоптрий (у разных людей и в разной степени искривления при аккомодации), и именно такой силы линза нужна, чтобы восстановить фокусировку. Очки древним известны не были. Искусство офтальмологической хирургии было затем утеряно, и первую европейскую операцию по удалению катаракты сделал французский офтальмолог Жак Давиль только в 1747 году [G. Munton. CE Optometry 2001, vol. 4, n. 2].

Прооперированные были вынуждены носить очки с тяжелыми толстыми линзами. В 1950 году англичанин Гарольд Ридли впервые в истории вживил в глаз корректирующую линзу на месте удаленного хрусталика, так что пациенту не было необходимости носить очки постоянно. Однако, жесткая линза фокусирует изображение только на одном расстоянии, и для чтения и других дел все равно требовались очки разной силы. Со времени первого вживления искусственного хрусталика в офтальмологической хирургии случилось два важных прорыва. Первый — разжижение хрусталика ультразвуком, так что больной хрусталик может быть удален через разрез всего в 1 мм. Второй, и даже более важный — изобретение мягкой аккомодирующей внутриглазной линзы Crystalens. Такая линза вводится в глаз сложенной и расправляется уже внутри, так что хирургический разрез остается небольшим, и прирастает к аккомодирующим ресничным мышцам (10 на рисунке выше), что позволяет сохранить глазу собственную «наводку на резкость».

Но вернемся к ультрафиолету. Легко найти множество свидетельств современников, получивших протез «Кристаленс», о том что они стали видеть ультрафиолетовый свет. Пожалуй, самым интересным, что мне удалось найти, — рассказ Алека Комарницкого, инженера из Колорадо, профессионально привыкшего докапываться до деталей «как оно работает»: об операции и, что нам интереснее всего, о своем ультрафиолетовом зрении.

Комарницкий заметил, что он видит свет ультрафиолетовой лампы «черного света» как фиолетовый. Ультрафиолетовый фильтр не пропускает свет: лампа через него кажется темной. На своей веб-странице он показывает несколько картинок, чтобы объяснить, как он видит в ультрафиолете. Спектральная полоска от призмы, сфотографированная обычной камерой, имеет такую же длину, какой ее видят обычные люди; Комарницкий видит ее фиолетовый — вернее, ультрафиолетовый хвост более длинным. Свет фонарика с длиной волны 365 нанометров невидим для людей с нормальным хрусталиком (и для фотоаппарата), он же видит фиолетовое световое пятно! Асфальт для него отсвечивает синеватым светом, а зеленая листва имеет беловатый отсвет. Он говорит, что оба эффекта пропадают, когда он смотрит через фильтр, не пропускающий ультрафиолета. Протестировав зрение на монохроматоре, Комарницкий обнаружил, что верхняя граница видимого для него света лежит в интервале 340—350 нм, тогда как для обычного человека того же возраста она составляет 410—430 нм. Очевидно, прочие компоненты оптического тракта глаза пропускают ультрафиолет, и задерживается он только хрусталиком.

Любопытно, что только 3% пациентов с тем же хрусталиком «Кристаленс» сообщали о цветовых изменениях и ультрафиолетовом зрении [Cornell PJ, Cataract and Refractive Surgery, 2011, 09]. Связано ли это с тем, что все прочие менее наблюдательны, или же они действительно не получили новой способности — неизвестно. Никаких особых преимуществ человеку ультрафиолетовое зрение не дает. В то же время, у разных видов спектральный диапазон видимого ими света самый различный. В ультрафиолете видят многие насекомые, в том числе даже в «жестком» поддиапазоне UV-B (280—315 нм), на который количественно приходится только один квант солнечного света из каждых 200 [doi:10.1098/rspb.2009.1565]. Известно ультрафиолетовое зрение у птиц, например колибри; кроме того, в ультрафиолетовом диапазоне видны переливы оперения многих птиц, невидимые в обычном свете [doi:10.1093/beheco/arr088]. А среди млекопитающих, зрением в ультрафиолете, как оказалось, обладает северный олень (возможно, до 320 нм) [doi:10.1242/​jeb.053553]. В этом диапазоне хорошо видна шерсть белых полярных хищников (она хуже отражает ультрафиолет, чем видимый свет, и, вероятно, кажется оленю темнее снега), а так же более контрастными выступают съедобные лишайники.

Comments

[p2004r.livejournal.com]

насчет преимуществ:

был большой скандал, что дорогой камуфляж принятый на вооружение США хорошо виден именно в ультрафиолете :) ну и муджахеды используют копеечные камеры для охранного наблюдения.

[spamsink]

Интересно, как влияет ультрафиолет на сетчатку.

[spamsink]

Кстати,

http://www.cartalk.com/content/inky-shadows-mystery
http://www.cartalk.com/content/inky-shadows-mystery?answer

[flavorchemist.livejournal.com]

А не затруднит ли уважаемого предоставить для интересующихся более развернутую ссылку на
[Cornell PJ, Cataract and Refractive Surgery, 2011, 09]

Пабмед, кстати, по способностям кристалликов этой фирмы менять восприятие не выдает даже ни одного кейс-стади. Да и по поводу пропускания ультрафиолета и задержкой его только кристалликом Вы слегка наврали
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21770949

И еще хочется узнать, какими конкретно рецепторами в своих глазах он может видеть УФ. Ибо наука пока не знает таких. Или подскажите, если я ошибаюсь. Только без популяризации мне физики))

[i_eron]

>>какими конкретно рецепторами в своих глазах он может видеть УФ. Ибо наука пока не знает таких.

Во-первых, "синие" и даже "красные" колбочки чувствительны к свету ниже 400нм. Конечно, их чувствительность падает, если двигаться в сторону фиолетового и УФ, но не так уж и быстро. Посмотрите, например, тут:

psy2.ucsd.edu/~dmacleod/publications/61StockmanMacLeodJohnson1993.pdf

Причина, по которой падение чувствительности в фиолетовую сторону от пика в общем случае будет более пологим, чем в красную - вибронные переходы. А ведь даже и с красным концом спектра, где вибронные переходы не влияют, не всё понятно до конца. "Считается", что красный цвет кончается где-то на 750нм, но на самом деле чувствительность там постепенно сходит на нет, и идут важные споры о том, насколько действительно невидим свет за 800нм и даже при 830нм. Так что вот так легко отрицать чувствительность колбочек к УФ (360-380нм и даже ниже) было бы трудно, даже если бы не поглощение УФ в хрусталике.

Во-вторых, прямое измерение чувствительности ниже ~410нм - очень трудно из-за флюоресценции. Это не моя область, но кажется, спектры реакции колбочек там до сих пор точно неизвестны, несмотря на век стараний. Настолько, что даже есть несоответствие в фиолетовом между измеренными спектрами поглощения пигментов и цветовыми функциями, выведенными из измерений цветоощущения. Кажется, чем дальше в коротковолновую область, тем больше тканей начинают "сиять". Их вторичный свет делает дальний фиолетовый беловатым - попробуйте сами посмотреть на пятнышко лазерной указки 405нм. А в хирургически удалённых человеческих глазах быстро происходят изменения (даже при охлаждении), влияющие на флюоресценцию тканей. В результате "наука пока", кажется, действительно "не знает" точно, как реагируют человеческие рецепторы на УФ. Но утверждать, будто они не реагируют, никак нельзя.

[flavorchemist.livejournal.com]

Ой сколько домыслов и ни одной умной мысли. Все очень просто.
Наука пока знает, что колбочки видят лишь в интервале 400-800 с попеременным успехом по диапазону. Упс. Это доказанный факт. Все остальное - пока лишь домыслы, не подтвержденные фактами.

[w0land.livejournal.com]

В вас столько самоуверенности, что хочется потребовать подтверждение того, что в диапазонах, скажем, 200--400 и 800--1200 нм чувствительность колбочек строго нулевая, и это, в частности, не связано с поглощением в оптической системе глаза.

Но мне интереснее, почему вы так смело исключили из рассмотрения палочки, у которых красивый хвост чувствительности в фиолетовом?

КДПВ:

[flavorchemist.livejournal.com]

Вопрос, вообще был к автору, как он на основании анекдота умудрился построить теорию, которой нет ни одного научного доказательства.

Если Вы не поняли, то специально для Вас вопрос. Я не исключал, я процитировал простую истину - диапазон видимого света, который лимитирован нашими рецепторами. А вот почему Вы так смело включили, это интереснее? Может, у Вас есть доказательства, что эти чувствительный "палочки" дают вклад в восприятие?

ЗЫ Откуда картинка?

[w0land.livejournal.com]

И вообще, судя по всему, на ПабМеде далеко не одна статья по этому вопросу:
http://starklab.slu.edu/humanUV.htm

Надеюсь, далее вы справитесь лучше меня --- ПабМед не является для меня привычным инструментом.

[w0land.livejournal.com]

Лимитирован сетчаткой или глазом в целом?

Я до этого не слышал, чтобы у людей удаляли оптическую систему глаза и измеряли спектральный отклик самой сетчатки. Это было бы очень полезно для науки, но кто согласится ради этого фактически расстаться с глазом?

[flavorchemist.livejournal.com]

По этому вопросу - ни одной.
По вопросу чуствтительности к УФ - есть. И это вообще другой вопрос. Который вообще не имеет отношения к хрусталикам.

[flavorchemist.livejournal.com]

Строго говоря, лимитирован мозгом. И я вижу причину лишь в том, что у чувака после замены верояно неработающего хрусталлика на искуственный слегка поменялась картинка в мозге. Изменения он, разумеется, приписал своим новым способностям. Мозги то ошибаться не могут, ага.

А опыты можно прекрасно на животных ставить, не обязательно для этого людей мучить)

[w0land.livejournal.com]

Цветная картинка отсюда: https://en.wikipedia.org/wiki/Cone_cell
Это, к сожалению, лишь спектры поглощения пигментов, не чувствительности рецепторов.
Её оригинал в ч/б в научной статье, вики на неё ссылается.

[w0land.livejournal.com]

Мозг-то тут при чём, если глаз на оптический сигнал с длиной волны, условно, 380 нм не давал сигнал, а теперь начал?

[flavorchemist.livejournal.com]

У Вас отличная от Вики картинка, я поэтому и спросил. В вики вообще все выглядит ровно и красиво, строго от 400

[flavorchemist.livejournal.com]

А начал ли?
А может он и раньше давал?
Мозги всегда при чем. Мозги они очень любят заблуждаться.

[w0land.livejournal.com]

Видимо, я неправильно понял предмет обсуждения. Влияние протеза на цвето- и световосприятие мне само по себе мало интересно, вот возможность видеть УФ --- да.

Насчёт по поводу пропускания ультрафиолета и задержкой его только кристалликом Вы слегка наврали.
Будучи в целом с вами согласным, не могу не отметить, что в статье речь про UVB, а мы про чувствительность к ближнему УФ, то есть UVA.

[w0land.livejournal.com]

Прошу меня извинить, я дал не ту ссылку. Картинка отсюда: https://en.wikipedia.org/wiki/Rod_cell

[w0land.livejournal.com]

Конечно начал. И не давал. Просто согласно бритве Оккама.

Или я что-то не понимаю, и вы можете привести свою простую, ясную для понимания версию, предполагающую неизменность чувствительности глаза.

[flavorchemist.livejournal.com]

Что под руку попалось(( Не прав. Каюс. Не успел поковыряться поглубже.
Я все это к тому высказал, что в гипотезе относительно влияния протезов слишком много несостыковок и слишком мало доказательств. А сайт человека, который описывает свои (субъективные) впечатления доказательством вообще не является.

[flavorchemist.livejournal.com]

Проклятая вики сама себе противоречит. Я буду жаловаться))

[flavorchemist.livejournal.com]

"у чувака после замены верояно неработающего хрусталлика на искуственный слегка поменялась картинка в мозге. Изменения он, разумеется, приписал своим новым способностям."

А могло быть и хуже. Мог начать видеть ауру. Или призраков. Или предсказывать будущее.

[fregimus.livejournal.com]

А не затруднит ли уважаемого предоставить для интересующихся более развернутую ссылку на
[Cornell PJ, Cataract and Refractive Surgery, 2011, 09]
Гуголится первой ссылкой: http://bmctoday.net/crstodayeurope/pdfs/CRSTE0911_cs_cornell.pdf

И еще хочется узнать, какими конкретно рецепторами в своих глазах он может видеть УФ.
Узнайте, конечно. Ничем не могу Вам помочь.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21770949
Вы либо не читали, либо не поняли. Даже если бы речь шла об одном диапазоне — как уменьшение производства канцерогенов в ткани доказывает полную или почти полную непрозрачность? У Вас неявно сложилась некая гипотеза, но она требует, самое малое, проверки.

Вы слегка наврали
Если Вы второй раз пришли сюда хамить, я просто укажу Вам на дверь.

[fregimus.livejournal.com]

О! В разведчики!

[fregimus.livejournal.com]

Думаю, что так же, как и на прочие ткани — нехорошо влияет.