Как мы видим фотоны

В.И. Говардовский (ИЭФБ РАН им. И.М.Сеченова)

В состоянии темновой адаптации человек может видеть стимулы, при которых за время обнаружения (около 0.2 с) на группу из примерно 10000 палочек на сетчатке приходит только 1 фотон. Отсюда немедленно следует, что любая палочка должна детектировать одиночные фотоны, потому что верояность получить одновременно хотя бы два ничтожно мала. Механизм, позволяющий палочке реагировать на один квант, основан на сложной системе биохимического усиления, которая вовлекает полтора десятка белков и около десятка низкомолекулярных соединений. Этот механизм фототрансдукции – наиболее детально и достоверно изученная система внутриклеточной сигнализации, которая превращает минимальное воздействие в отчетливо регистрируемый ответ клетки. В докладе этот механизм будет рассмотрен на уровне, требующем знания только основ клеточной физиологии и биохимии.

Рабочий диапазон интенсивностей для палочек прекрывает около 6 порядков, поэтому палочкам требуется эффективная система регуляции усиления – механизм световой адаптации. Световая адптация основана на изменении свойств компонентов каскада фототрансдукции при помощи нескольких цепей отрицательной обратной связи. Если ресурсы световой адаптации исчерпаны, палочки насыщаются (ослепляются). Дневные фоторецепторы – колбочки – на 2 порядка менее чувствительны, чем палочки, и не насыщаются при максимальных интенсивностях, имеющихся в природе. Механизмы, позволяющие колбочкам не насыщаться, пока еще идентифицированы не полностью.

В литературе недавно появилось сообщение о способности человека (а не одиночной палочки), при надлежащей мотивации и достаточной статистике, детектировать отдельные фотоны. Возникает два вопроса – зачем это надо, и сколько фотонов необходимо, чтобы создать полезное изображение. Свет – художник-пуантилист, рисующий мир отдельными точками. Картины Сёра наглядно показывают, что одной точки для этого недостаточно. Чтобы хорошо видеть, надо много фотонов.

Комментарии