दृश्य रिसेप्टर्स में छड़ और शंकु शामिल हैं। रेटिना में छड़ और शंकु के कार्य

38. फोटोरिसेप्टर (छड़ और शंकु), उनके बीच अंतर। फोटोरिसेप्टर में प्रकाश की मात्रा के अवशोषण के दौरान होने वाली बायोफिजिकल प्रक्रियाएं। छड़ और शंकु के ऑप्टिकल रंगद्रव्य। रोडोप्सिन का फोटोइसोमेराइजेशन। रंग दृष्टि का तंत्र।

.3. रेटिना में प्रकाश की धारणा की बायोफिजिक्स रेटिनल संरचना

आँख की संरचना जिस पर प्रतिबिम्ब प्राप्त होता है, कहलाती है रेटिना(जाल खोल)। इसमें सबसे बाहरी परत में फोटोरिसेप्टर कोशिकाएं होती हैं - छड़ और शंकु। अगली परत द्विध्रुवी न्यूरॉन्स द्वारा बनाई गई है, और तीसरी परत नाड़ीग्रन्थि कोशिकाओं द्वारा बनाई गई है (चित्र 4)। वहाँ हैं synapses... नाड़ीग्रन्थि कोशिकाओं के अक्षतंतु बनते हैं नेत्र - संबंधी तंत्रिका... रेटिना के बाहर (आंख के केंद्र से गिनती) वर्णक उपकला की एक काली परत होती है जो रेटिना 5 * के माध्यम से प्रसारित अप्रयुक्त (फोटोरिसेप्टर द्वारा अवशोषित नहीं) विकिरण को अवशोषित करती है। रेटिना के दूसरी तरफ (केंद्र के करीब) होता है रंजितरेटिना को ऑक्सीजन और पोषक तत्वों की आपूर्ति।

छड़ और शंकु दो भागों (खंडों) से बने होते हैं ... आंतरिक खंडएक नाभिक, माइटोकॉन्ड्रिया (फोटोरिसेप्टर में उनमें से बहुत सारे हैं) और अन्य संरचनाओं के साथ एक साधारण कोशिका है। बाहरी खंड... लगभग पूरी तरह से डिस्क से भरा होता है, जो फॉस्फोलिपिड झिल्ली (1000 डिस्क तक की छड़ में, शंकु में लगभग 300) द्वारा बनता है। डिस्क झिल्लियों में लगभग 50% फॉस्फोलिपिड और 50% विशेष दृश्य वर्णक होते हैं जिन्हें . कहा जाता है rhodopsin(इसके गुलाबी रंग में; रोड्स - ग्रीक गुलाबी में), और शंकु में आयोडोप्सिन... इसके अलावा, संक्षिप्तता के लिए, हम केवल लाठी के बारे में बात करेंगे; शंकु में प्रक्रियाएं समान हैं शंकु और छड़ के बीच के अंतर पर दूसरे खंड में चर्चा की जाएगी। रोडोप्सिन प्रोटीन का बना होता है ऑप्सिन, जिसके लिए एक समूह ने बुलाया रेटिना... ... इसकी रासायनिक संरचना में रेटिना विटामिन ए के बहुत करीब है, जिससे यह शरीर में संश्लेषित होता है। इसलिए, विटामिन ए की कमी से दृष्टि हानि हो सकती है।

छड़ और शंकु के बीच अंतर

1... संवेदनशीलता में अंतर... ... छड़ों में प्रकाश संवेदन की दहलीज शंकु की तुलना में बहुत कम है। यह, सबसे पहले, इस तथ्य से समझाया गया है कि शंकु की तुलना में छड़ में अधिक डिस्क हैं और इसलिए, प्रकाश क्वांटा के अवशोषण की अधिक संभावना है। लेकिन, मुख्य कारणएक अलग में। बिजली के सिनैप्स का उपयोग करते हुए पड़ोसी लाठी। परिसरों में संयोजित होते हैं जिन्हें कहा जाता है प्राप्तकर्ता फ़ील्ड .. विद्युत सिनेप्स ( संबंध) खोला और बंद किया जा सकता है; इसलिए, रोशनी की मात्रा के आधार पर प्राप्तकर्ता क्षेत्र में छड़ों की संख्या व्यापक रूप से भिन्न हो सकती है: प्रकाश जितना कमजोर होगा, ग्रहणशील क्षेत्र उतना ही बड़ा होगा। बहुत कम रोशनी में एक हजार से ज्यादा डंडे खेत में एक साथ आ सकते हैं। इस संयोजन का अर्थ यह है कि यह सिग्नल-टू-शोर अनुपात को बढ़ाता है। छड़ की झिल्लियों पर थर्मल उतार-चढ़ाव के परिणामस्वरूप, एक अराजक रूप से बदलते संभावित अंतर उत्पन्न होता है, जिसे शोर कहा जाता है। कम रोशनी में, शोर का आयाम उपयोगी संकेत से अधिक हो सकता है, अर्थात, क्रिया के कारण होने वाले हाइपरप्लोरीकरण की मात्रा प्रकाश का। ऐसा प्रतीत हो सकता है कि ऐसी स्थितियों में प्रकाश का ग्रहण असंभव हो जाएगा। हालाँकि, प्रकाश की धारणा के मामले में एक अलग छड़ी से नहीं, बल्कि एक बड़े ग्रहणशील क्षेत्र द्वारा, शोर और एक उपयोगी संकेत के बीच एक बुनियादी अंतर है। इस मामले में एक उपयोगी संकेत एक प्रणाली में संयुक्त छड़ द्वारा बनाए गए संकेतों के योग के रूप में उत्पन्न होता है - ग्रहणशील क्षेत्र ... ये संकेत सुसंगत हैं। वे एक ही चरण में सभी छड़ों से आते हैं। थर्मल गति की अराजक प्रकृति के कारण शोर संकेत असंगत हैं; वे यादृच्छिक चरणों में आते हैं। दोलनों के योग के सिद्धांत से यह ज्ञात होता है कि सुसंगत संकेतों के लिए कुल आयाम बराबर होता है : आसुम = ए 1 एन, कहाँ पे ए 1 - एकल संकेत का आयाम, एनअसंगत के मामले में संकेतों की संख्या है। संकेत (शोर) आसुम = ए 1 5.7एन। उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि वांछित सिग्नल का आयाम 10 μV है और शोर का आयाम 50 μV है। यह स्पष्ट है कि पृष्ठभूमि शोर के खिलाफ सिग्नल खो जाएगा। यदि 1000 छड़ों को ग्रहणशील क्षेत्र में संयोजित किया जाता है, तो कुल उपयोगी संकेत 10 μV . होगा

10 एमवी, और कुल शोर 50 μV 5 है। 7 = 1650 μV = 1.65 mV, यानी सिग्नल 6 गुना शोर होगा। इस दृष्टिकोण के साथ, संकेत आत्मविश्वास से प्राप्त होगा और प्रकाश की भावना पैदा करेगा। शंकु अच्छी रोशनी में काम करते हैं, जब एक शंकु में भी सिग्नल (पीआरपी) बहुत अधिक शोर होता है। इसलिए, प्रत्येक शंकु आमतौर पर द्विध्रुवी और नाड़ीग्रन्थि कोशिकाओं को दूसरों से स्वतंत्र रूप से अपना संकेत भेजता है। हालांकि, अगर रोशनी कम हो जाती है, तो शंकु ग्रहणशील क्षेत्रों में भी जुड़ सकते हैं। सच है, एक खेत में शंकु की संख्या आमतौर पर छोटी (कई दर्जन) होती है। सामान्य तौर पर, शंकु दिन के समय दृष्टि प्रदान करते हैं, जबकि छड़ें गोधूलि दृष्टि प्रदान करती हैं।

2.संकल्प अंतर.. आंख के संकल्प को न्यूनतम कोण की विशेषता है जिस पर वस्तु के दो आसन्न बिंदु अभी भी अलग-अलग दिखाई दे रहे हैं। संकल्प मुख्य रूप से आसन्न फोटोरिसेप्टर कोशिकाओं के बीच की दूरी से निर्धारित होता है। दो बिंदुओं को एक में विलीन होने से रोकने के लिए, उनकी छवि दो शंकुओं पर गिरनी चाहिए, जिनके बीच एक और होगा (चित्र 5 देखें)। औसतन, यह लगभग एक मिनट के न्यूनतम कोण से मेल खाता है, अर्थात शंकु दृष्टि का संकल्प उच्च है। छड़ को आमतौर पर ग्रहणशील क्षेत्रों में जोड़ा जाता है। सभी बिंदु जिनकी छवियां एक ग्रहणशील क्षेत्र पर पड़ती हैं, उन्हें माना जाएगा

एक बिंदु की तरह पसीना आना, क्योंकि संपूर्ण ग्रहणशील क्षेत्र केंद्रीय तंत्रिका तंत्र को एक ही कुल संकेत भेजता है। इसलिए संकल्प (दृश्य तीक्ष्णता)रॉड (गोधूलि) दृष्टि के साथ, यह कम है। अपर्याप्त रोशनी के साथ, छड़ें भी ग्रहणशील क्षेत्रों में एकजुट होने लगती हैं, और दृश्य तीक्ष्णता कम हो जाती है। इसलिए, दृश्य तीक्ष्णता का निर्धारण करते समय, तालिका को अच्छी तरह से जलाया जाना चाहिए, अन्यथा आप एक महत्वपूर्ण गलती कर सकते हैं।

3... प्लेसमेंट में अंतर... जब हम किसी वस्तु को बेहतर ढंग से देखना चाहते हैं, तो हम मुड़ते हैं ताकि यह वस्तु देखने के क्षेत्र के केंद्र में हो। चूंकि शंकु उच्च संकल्प प्रदान करते हैं, यह शंकु है जो रेटिना के केंद्र में प्रबल होता है - यह अच्छी दृश्य तीक्ष्णता में योगदान देता है। चूंकि शंकु का रंग पीला होता है, इसलिए रेटिना के इस क्षेत्र को मैकुलर मैक्युला कहा जाता है। परिधि पर, दूसरी ओर, कई और छड़ें हैं (हालांकि शंकु हैं)। वहां, दृश्य तीक्ष्णता देखने के क्षेत्र के केंद्र की तुलना में काफी खराब है। सामान्य तौर पर, शंकु की तुलना में 25 गुना अधिक छड़ें होती हैं।

4. रंग धारणा में अंतर.रंग दृष्टि केवल शंकु में निहित है; चीनी काँटा द्वारा दी गई छवि मोनोक्रोम है।

रंग दृष्टि का तंत्र

एक दृश्य संवेदना उत्पन्न करने के लिए, यह आवश्यक है कि प्रकाश क्वांटा को फोटोरिसेप्टर कोशिकाओं में, या बल्कि रोडोप्सिन और आयोडोप्सिन में अवशोषित किया जाए। प्रकाश अवशोषण प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है; प्रत्येक पदार्थ का एक विशिष्ट अवशोषण स्पेक्ट्रम होता है। अध्ययनों से पता चला है कि विभिन्न अवशोषण स्पेक्ट्रा के साथ तीन प्रकार के आयोडोप्सिन होते हैं। पास होना

एक प्रकार का, अवशोषण अधिकतम स्पेक्ट्रम के नीले भाग में होता है, दूसरा हरे रंग में है और तीसरा लाल रंग में है (चित्र 5)... प्रत्येक शंकु में एक वर्णक होता है, और इस शंकु द्वारा भेजा गया संकेत इस वर्णक द्वारा प्रकाश के अवशोषण से मेल खाता है। एक अलग रंगद्रव्य वाले शंकु अलग-अलग संकेत भेजेंगे। रेटिना के किसी दिए गए क्षेत्र पर प्रकाश की घटना के स्पेक्ट्रम के आधार पर, शंकु से संकेतों का अनुपात विभिन्न प्रकार, अलग हो जाता है, और सामान्य तौर पर, केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के दृश्य केंद्र द्वारा प्राप्त संकेतों का सेट कथित प्रकाश की वर्णक्रमीय संरचना की विशेषता होगी, जो देता है रंग की व्यक्तिपरक भावना.

छड़ में अधिकतम प्रकाश संवेदनशीलता होती है, जो छोटी से छोटी बाहरी प्रकाश चमक के लिए भी उनकी प्रतिक्रिया सुनिश्चित करती है। एक फोटॉन में ऊर्जा प्राप्त करने पर भी छड़ का ग्राही कार्य करना शुरू कर देता है। यह सुविधा वैंड्स को गोधूलि दृष्टि प्रदान करने की अनुमति देती है और शाम के घंटों में वस्तुओं को यथासंभव स्पष्ट रूप से देखने में मदद करती है।

हालाँकि, चूंकि रेटिना की छड़ में केवल एक वर्णक तत्व होता है, जिसे रोडोप्सिन या दृश्य बैंगनी के रूप में नामित किया जाता है, इसलिए रंग और रंग भिन्न नहीं हो सकते। रॉड प्रोटीन रोडोप्सिन है और प्रकाश उत्तेजनाओं के लिए उतनी जल्दी प्रतिक्रिया नहीं कर सकता जितना कि शंकु के वर्णक तत्व करते हैं।

कोन

छड़ और शंकु का समन्वित कार्य, इस तथ्य के बावजूद कि उनकी संरचना काफी भिन्न है, एक व्यक्ति को पूरे गुणात्मक दायरे में आसपास की वास्तविकता को देखने में मदद करता है। दोनों प्रकार के रेटिनल फोटोरिसेप्टर अपने काम में एक दूसरे के पूरक हैं, यह सबसे स्पष्ट, स्पष्ट और विशद चित्र प्राप्त करने में योगदान देता है।

शंकु का नाम इस तथ्य से मिलता है कि उनका आकार विभिन्न प्रयोगशालाओं में उपयोग किए जाने वाले फ्लास्क के समान है। एक वयस्क में रेटिना में लगभग 7 मिलियन शंकु होते हैं।
छड़ की तरह एक शंकु में चार तत्व होते हैं।

• रेटिना शंकु की बाहरी (पहली) परत झिल्ली डिस्क द्वारा दर्शायी जाती है। ये डिस्क आयोडोप्सिन से भरी होती हैं, एक रंग वर्णक।
• रेटिनल कोन की दूसरी परत कनेक्टिंग लेयर होती है। यह एक कसना के रूप में कार्य करता है, जिससे इस रिसेप्टर का एक निश्चित आकार बनाना संभव हो जाता है।
• शंकु के भीतरी भाग को माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा दर्शाया जाता है।
• रिसेप्टर के केंद्र में बेसल सेगमेंट होता है, जो एक कनेक्टिंग लिंक के रूप में कार्य करता है।

आयोडोप्सिन को कई प्रकारों में विभाजित किया गया है, जिससे धारणा के दौरान दृश्य मार्ग के शंकु की पूर्ण संवेदनशीलता सुनिश्चित करना संभव हो जाता है। विभिन्न भागप्रकाश स्पेक्ट्रम।

प्रभुत्व से विभिन्न प्रकारवर्णक तत्व, सभी शंकुओं को तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। इन सभी प्रकार के शंकु एक साथ काम करते हैं, और यह एक सामान्य दृष्टि वाले व्यक्ति को वस्तुओं के रंगों की सभी समृद्धि की सराहना करने की अनुमति देता है।

रेटिनल संरचना

वी सामान्य संरचनारेटिना की छड़ें और शंकु एक निश्चित स्थान पर कब्जा कर लेते हैं। तंत्रिका ऊतक पर इन रिसेप्टर्स की उपस्थिति जो रेटिना बनाती है, प्राप्त प्रकाश प्रवाह को आवेगों के एक सेट में जल्दी से परिवर्तित करने में मदद करती है।

रेटिना को एक चित्र प्राप्त होता है, जिसे ओकुलर कॉर्निया और लेंस द्वारा प्रक्षेपित किया जाता है। उसके बाद, आवेगों के रूप में संसाधित छवि दृश्य मार्ग का उपयोग करके मस्तिष्क के संबंधित भाग में प्रवेश करती है। आंख की जटिल और पूरी तरह से गठित संरचना कुछ ही क्षणों में सूचना के पूर्ण प्रसंस्करण की अनुमति देती है।

अधिकांश फोटोरिसेप्टर मैक्युला में केंद्रित होते हैं - रेटिना का मध्य क्षेत्र, जो अपने पीले रंग के रंग के कारण, आंख का मैक्युला भी कहा जाता है।

छड़ और शंकु के कार्य

छड़ की विशेष संरचना आपको रोशनी की सबसे कम डिग्री पर थोड़ी सी प्रकाश उत्तेजना को ठीक करने की अनुमति देती है, लेकिन साथ ही ये रिसेप्टर्स प्रकाश स्पेक्ट्रम के रंगों को अलग नहीं कर सकते हैं। दूसरी ओर, शंकु हमारे चारों ओर की दुनिया के रंगों की सभी समृद्धि को देखने और उनकी सराहना करने में हमारी सहायता करते हैं।

इस तथ्य के बावजूद कि, वास्तव में, छड़ और शंकु के अलग-अलग कार्य होते हैं, केवल रिसेप्टर्स के दोनों समूहों की समन्वित भागीदारी पूरी आंख के निर्बाध संचालन को सुनिश्चित कर सकती है।

इस प्रकार, दोनों फोटोरिसेप्टर हमारे दृश्य कार्य के लिए महत्वपूर्ण हैं। यह हमें मौसम की स्थिति और दिन के समय की परवाह किए बिना हमेशा एक विश्वसनीय तस्वीर देखने की अनुमति देता है।

रोडोप्सिन - संरचना और कार्य

रोडोप्सिन दृश्य वर्णक का एक समूह है, संरचनात्मक रूप से क्रोमोप्रोटीन से संबंधित एक प्रोटीन है। इसका नाम रोडोप्सिन, या दृश्य बैंगनी, इसका चमकदार लाल रंग मिला। कई अध्ययनों में रेटिना की छड़ के बैंगनी रंग की खोज की गई है और सिद्ध किया गया है। रेटिनल प्रोटीन रोडोप्सिन में दो घटक होते हैं - एक पीला रंगद्रव्य और एक रंगहीन प्रोटीन।

प्रकाश के प्रभाव में, रोडोप्सिन विघटित हो जाता है, और इसका एक अपघटन उत्पाद दृश्य उत्तेजना की उपस्थिति को प्रभावित करता है। कम रोडोप्सिन गोधूलि प्रकाश में कार्य करता है, और प्रोटीन इस समय रात की दृष्टि के लिए जिम्मेदार है। तेज रोशनी में, रोडोप्सिन विघटित हो जाता है और इसकी संवेदनशीलता दृष्टि के नीले क्षेत्र में बदल जाती है। मनुष्यों में रेटिनल प्रोटीन रोडोप्सिन लगभग 30 मिनट में पूरी तरह से बहाल हो जाता है। इस समय के दौरान, गोधूलि दृष्टि अपने चरम पर पहुंच जाती है, अर्थात व्यक्ति अंधेरे में सब कुछ अधिक स्पष्ट रूप से देखना शुरू कर देता है।

दृश्य तीक्ष्णता और प्रकाश के प्रति संवेदनशीलता।

मानव आँख के रेटिना में एक प्रकार की छड़ें होती हैं (उनमें एक चमकदार लाल रंगद्रव्य होता है rhodopsin), जो अपेक्षाकृत समान रूप से दृश्यमान स्पेक्ट्रम की पूरी श्रृंखला (390 से 760 एनएम तक) और तीन प्रकार के शंकु (वर्णक - आयोडोप्सिन), जिनमें से प्रत्येक एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को मानता है। रोडोप्सिन के व्यापक अवशोषण स्पेक्ट्रम के परिणामस्वरूप, छड़ें कमजोर प्रकाश का अनुभव करती हैं, अर्थात वे अंधेरे में आवश्यक हैं, शंकु - उज्ज्वल प्रकाश में। इस प्रकार, शंकु दिन की दृष्टि के लिए एक उपकरण हैं, और छड़ें गोधूलि दृष्टि के लिए हैं।

रेटिना में शंकु से अधिक छड़ें होती हैं (क्रमशः 120 10 6 और 6-7 10 6)। छड़ और शंकु का वितरण भी असमान है। केंद्रीय फोसा (मैक्युला) को छोड़कर, जहां लगभग विशेष रूप से लम्बी शंक्वाकार शंकु (60 x 1.5 माइक्रोन) स्थित हैं, पतली, लम्बी छड़ें (50 x 3 माइक्रोन) समान रूप से पूरे रेटिना में वितरित की जाती हैं। चूंकि फोविया में शंकु बहुत घनी तरह से पैक होते हैं (15 10 4 प्रति 1 मिमी 2), यह क्षेत्र उच्च दृश्य तीक्ष्णता (एक अन्य कारण) द्वारा प्रतिष्ठित है। रॉड की दृष्टि कम तेज होती है, क्योंकि छड़ें कम घनी होती हैं (एक अन्य कारण) और उनसे संकेत मिलते हैं (मुख्य कारण), लेकिन यह वही है जो रात की दृष्टि के लिए आवश्यक उच्च संवेदनशीलता प्रदान करता है। स्टिक्स को वस्तुओं की रोशनी और आकार के बारे में जानकारी देखने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

रात दृष्टि के लिए वैकल्पिक सहायक।जानवरों की कुछ प्रजातियों (गायों, घोड़ों, विशेष रूप से बिल्लियों और कुत्तों) में, आँखें अंधेरे में चमकती हैं। यह एक विशेष परावर्तक झिल्ली की उपस्थिति के कारण है (टेपेटम)आँख के नीचे, सामने लेटना रंजित... झिल्ली में चांदी के क्रिस्टल के साथ लगाए गए फाइबर होते हैं जो आंखों में प्रवेश करने वाले प्रकाश को प्रतिबिंबित करते हैं। प्रकाश दूसरी बार रेटिना से होकर गुजरता है और फोटोरिसेप्टर को फोटॉन का एक अतिरिक्त भाग प्राप्त होता है। सच है, इस तरह के प्रतिबिंब के साथ छवि की स्पष्टता कम हो जाती है, लेकिन संवेदनशीलता बढ़ जाती है।

रंग धारणा

प्रत्येक दृश्य वर्णक कुछ घटना प्रकाश को अवशोषित करता है और बाकी को प्रतिबिंबित करता है। प्रकाश के एक फोटॉन को अवशोषित करके, दृश्य वर्णक अपने विन्यास को बदल देता है, जबकि ऊर्जा निकलती है, जिसका उपयोग श्रृंखला को लागू करने के लिए किया जाता है। रासायनिक प्रतिक्रिएं, जो एक तंत्रिका आवेग के उद्भव की ओर जाता है।

एक व्यक्ति मिला है तीन प्रकार के शंकु, जिनमें से प्रत्येक का अपना दृश्य वर्णक होता है - तीन में से एक आयोडोप्सिननीली, हरी या पीली रोशनी के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील। एक विशेष प्रकार के शंकु के आउटपुट पर विद्युत संकेत फोटोपिगमेंट को उत्तेजित करने वाले क्वांटा की संख्या पर निर्भर करता है। रंग संवेदना स्पष्ट रूप से इन तीन प्रकार के शंकुओं में से प्रत्येक से तंत्रिका संकेतों के बीच संबंध से निर्धारित होती है।

तीन प्रकार के शंकु वर्णक - नीला, हरा और पीला - और तीन "प्राथमिक" रंगों - नीला, पीला और लाल - के बीच स्पष्ट विसंगति आश्चर्यजनक हो सकती है। लेकिन यद्यपि अवशोषण मैक्सिमादृश्य वर्णक और तीन प्राथमिक रंगों के साथ मेल नहीं खाते, इसमें कोई महत्वपूर्ण विरोधाभास नहीं है, क्योंकि किसी भी तरंग दैर्ध्य का प्रकाश (जैसे प्रकाश तरंगों के संयोजन से युक्त होता है) अलग लंबाई) तीन प्रकार के रंग रिसेप्टर्स के उत्तेजना के स्तर के बीच एक अनूठा संबंध बनाता है। यह अनुपात तंत्रिका तंत्र प्रदान करता है, जो स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में किसी भी प्रकाश तरंगों की पहचान करने के लिए पर्याप्त जानकारी के साथ "तीन-वर्णक" रिसेप्टर सिस्टम से संकेतों को संसाधित करता है।

मनुष्यों और अन्य प्राइमेट में, शंकु रंग दृष्टि में शामिल होते हैं। इस संबंध में लाठी के बारे में क्या?

मानव रेटिना में चिपक जाती हैकेवल फोवे और प्ले के बाहर उपलब्ध हैं महत्वपूर्ण भूमिकामुख्य रूप से कम रोशनी में। यह दो परिस्थितियों के कारण है। सबसे पहले, छड़ें शंकु की तुलना में प्रकाश के प्रति अधिक संवेदनशील होती हैं ( रोडोप्सिन में बहुत विस्तृत श्रृंखलाअवशोषण) दूसरा, शंकु कनेक्शन की तुलना में उनके तंत्रिका कनेक्शन में अभिसरण अधिक स्पष्ट है, और यह कमजोर उत्तेजनाओं के योग के लिए एक बड़ा अवसर प्रदान करता है। चूंकि व्यक्ति के लिए रंग दृष्टिशंकु जिम्मेदार हैं, बहुत कम रोशनी में हम केवल काले और भूरे रंग के रंगों में अंतर कर सकते हैं। और चूंकि फोविया में ज्यादातर शंकु होते हैं, हम बेहतर रूप से फोविया के बाहर के क्षेत्रों पर कमजोर रोशनी पड़ने का अनुभव करते हैं - जहां छड़ें अधिक आबादी वाली होती हैं। उदाहरण के लिए, आकाश में एक छोटा तारा हमें अधिक चमकीला लगता है यदि उसकी छवि छेद में ही नहीं है, बल्कि उसके तत्काल आसपास के क्षेत्र में है।

जानवरों में रंग धारणा का अध्ययन किया जाता है भेदभाव विकसित करने की विधि वातानुकूलित सजगता - विभिन्न रंगों में चित्रित वस्तुओं की प्रतिक्रिया, चमक की तीव्रता के अनिवार्य बराबरी के साथ। इस प्रकार, यह पाया गया कि कुत्तों और बिल्लियों में रंग दृष्टिखराब विकसित, चूहों और खरगोशों में अनुपस्थित, घोड़े और बड़े पशुलाल, हरे, नीले और के बीच अंतर करने में सक्षम पीलाए; जाहिर है यह सूअरों पर भी लागू होता है।

अतिरिक्त सामग्री को इटैलिक और विशेष स्वरूपण में हाइलाइट किया गया है।

1666 में। आइजैक न्यूटन ने दिखाया कि श्वेत प्रकाश को प्रिज्म से गुजारकर कई रंगीन घटकों में विघटित किया जा सकता है। ऐसा प्रत्येक वर्णक्रमीय रंग मोनोक्रोमैटिक होता है, अर्थात। अब अन्य रंगों में विघटित नहीं हो सकता। उस समय तक, हालांकि, यह पहले से ही ज्ञात था कि एक कलाकार दो शुद्ध रंगों (उदाहरण के लिए, लाल और पीला) को मिलाकर किसी भी वर्णक्रमीय रंग (उदाहरण के लिए, नारंगी) को पुन: उत्पन्न कर सकता है, जिनमें से प्रत्येक प्रकाश को दर्शाता है जो किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य में भिन्न होता है। वर्णक्रमीय रंग। इस प्रकार, अनगिनत रंगों के अस्तित्व की न्यूटन की खोज और पुनर्जागरण कलाकारों का यह दृढ़ विश्वास कि तीन मुख्य रंगों - लाल, पीले और नीले रंग के संयोजन से कोई भी रंग प्राप्त किया जा सकता है, एक दूसरे के विपरीत प्रतीत होते हैं।

यह 1802 में एक विरोधाभास है। थॉमस जंग ने हल किया, जिन्होंने सुझाव दिया कि आंख के रिसेप्टर्स चुनिंदा रूप से तीन प्राथमिक रंगों का अनुभव करते हैं: लाल, पीला और नीला। उनके सिद्धांत के अनुसार, किसी भी तरंग दैर्ध्य के प्रकाश से प्रत्येक प्रकार के रंग रिसेप्टर्स कमोबेश उत्तेजित होते हैं। दूसरे शब्दों में, जंग ने सुझाव दिया कि "नारंगी" की अनुभूति "लाल" और "पीले" रिसेप्टर्स के एक साथ उत्तेजना के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती है। इस प्रकार, वह इस निष्कर्ष के साथ अनंत प्रकार के वर्णक्रमीय रंगों के तथ्य को समेटने में सक्षम था कि उन्हें सीमित संख्या में रंगों का उपयोग करके पुन: प्रस्तुत किया जा सकता है।

जंग के इस त्रिवर्णीय सिद्धांत की पुष्टि 19वीं शताब्दी में जेम्स मैक्सवेल और हरमन हेल्महोल्ट्ज़ द्वारा किए गए कई मनोभौतिक अध्ययनों के परिणामों के साथ-साथ विलियम रशटन के बाद के आंकड़ों से हुई थी।

हालांकि, तीन प्रकार के रंग रिसेप्टर्स के अस्तित्व का प्रत्यक्ष प्रमाण केवल 1964 में प्राप्त हुआ था, जब विलियम बी। मार्क्स (एडवर्ड एफ। मैकनिचोल के साथ) ने सुनहरी मछली के रेटिना से एकल शंकु के अवशोषण स्पेक्ट्रा का अध्ययन किया था। तीन प्रकार के शंकु पाए गए, जो प्रकाश तरंगों के अवशोषण की वर्णक्रमीय चोटियों में भिन्न थे और तीन दृश्य वर्णक के अनुरूप थे। मानव और बंदर रेटिना पर इसी तरह के अध्ययन के समान परिणाम मिले हैं।

फोटोकैमिस्ट्री के सिद्धांतों में से एक के अनुसार, प्रकाश, विभिन्न तरंग दैर्ध्य की तरंगों से मिलकर, प्रत्येक तरंग दैर्ध्य की प्रकाश तरंगों के अवशोषण के अनुपात में फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं को उत्तेजित करता है। यदि फोटॉन अवशोषित नहीं होता है, तो इसका वर्णक अणु पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। अवशोषित फोटॉन अपनी ऊर्जा का एक हिस्सा वर्णक अणु में स्थानांतरित करता है। ऊर्जा हस्तांतरण की इस प्रक्रिया का अर्थ है कि विभिन्न लंबाई की तरंगें एक फोटोरिसेप्टर सेल (जो कि इसकी क्रिया के स्पेक्ट्रम में व्यक्त की जाती है) को इस अनुपात में उत्तेजित करेगी कि इस सेल का वर्णक इन तरंगों को कितनी कुशलता से अवशोषित करता है (यानी, इसके प्रकाश अवशोषण स्पेक्ट्रम के अनुसार) .

सुनहरीमछली शंकु के माइक्रोस्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक अध्ययन से तीन अवशोषण स्पेक्ट्रा का पता चला, जिनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट दृश्य वर्णक से मेल खाता है जिसमें अधिकतम विशेषता होती है। मनुष्यों में, संबंधित "लॉन्ग वेव" पिगमेंट के लिए वक्र में अधिकतम 560 एनएम, यानी स्पेक्ट्रम के पीले क्षेत्र में होता है।

अवशोषण स्पेक्ट्रा के अनुरूप एक्शन स्पेक्ट्रा के साथ तीन इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल प्रकार के पिगमेंट के अस्तित्व पर डेटा द्वारा तीन प्रकार के शंकु वर्णक के अस्तित्व की पुष्टि की गई थी। इस प्रकार, वर्तमान में, यंग के ट्राइक्रोमैटिक सिद्धांत को शंकु वर्णक पर डेटा को ध्यान में रखते हुए तैयार किया जा सकता है।

सभी कशेरुकी वर्गों में रंग दृष्टि पाई गई। रंग दृष्टि में छड़ और शंकु के योगदान के बारे में कोई सामान्यीकरण करना मुश्किल है। एक नियम के रूप में, यह रेटिना में शंकु की उपस्थिति से जुड़ा हुआ है, हालांकि, कई मामलों में, "रंगीन" प्रकार की छड़ें भी पाई गई हैं। उदाहरण के लिए, शंकु के अलावा, एक मेंढक में दो प्रकार की छड़ें होती हैं - "लाल" (जिसमें रोडोप्सिन होता है और नीली-हरी रोशनी को अवशोषित करता है) और "हरा" (एक वर्णक होता है जो स्पेक्ट्रम के नीले हिस्से से प्रकाश को अवशोषित करता है)। अकशेरुकी जीवों में, रंगों को अलग करने की क्षमता, जिनमें शामिल हैं पराबैंगनी किरणे, कीड़ों में अच्छी तरह से विकसित।

कार्य:

1. स्पष्ट करें कि अभिसरण से आँख की संवेदनशीलता को कमजोर प्रकाश के प्रति क्यों बढ़ाना चाहिए।

2. स्पष्ट करें कि वस्तुएं रात में अधिक दिखाई क्यों देती हैं यदि आप उन्हें सीधे नहीं देखते हैं।

3. कहावत के जैविक आधार की व्याख्या करें: "रात में, सभी बिल्लियाँ धूसर होती हैं।"

छड़ और शंकु की संरचना

छड़ और शंकु संरचना में बहुत समान हैं और इसमें चार खंड होते हैं:

बाहरी खंड।

यह प्रकाश-संवेदनशील क्षेत्र है जहां प्रकाश ऊर्जा को रिसेप्टर क्षमता में परिवर्तित किया जाता है। छड़ का पूरा बाहरी खंड प्लाज्मा झिल्ली द्वारा निर्मित झिल्ली डिस्क से भरा होता है और इससे अलग हो जाता है। स्टिक्स में इन डिस्क की संख्या 600-1000 होती है, ये चपटी झिल्ली की थैलियाँ होती हैं और सिक्कों के ढेर की तरह खड़ी होती हैं। शंकु में कम झिल्ली डिस्क होते हैं, और वे पृथक तह नहीं होते हैं। प्लाज्मा झिल्ली... प्रकाश-संवेदनशील वर्णक झिल्ली डिस्क की सतह पर स्थित होते हैं और साइटोप्लाज्म का सामना करते हैं।

गद्दी.

यहां बाहरी झिल्ली के उभार से बाहरी खंड आंतरिक से लगभग पूरी तरह से अलग हो जाता है। दो खंडों के बीच संबंध साइटोप्लाज्म और एक खंड से दूसरे खंड में जाने वाले सिलिया की एक जोड़ी के माध्यम से होता है। सिलिया में केवल 9 परिधीय सूक्ष्मनलिकाएं होती हैं: सिलिया की विशेषता वाले केंद्रीय सूक्ष्मनलिकाएं की एक जोड़ी अनुपस्थित होती है।

भीतरी खंड।

यह सक्रिय चयापचय का क्षेत्र है; यह माइटोकॉन्ड्रिया से भरा होता है, जो दृष्टि प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा प्रदान करता है, और पॉलीरिबोसोम, जिस पर प्रोटीन संश्लेषित होते हैं जो झिल्ली डिस्क के निर्माण और दृश्य वर्णक के संश्लेषण में भाग लेते हैं। नाभिक उसी क्षेत्र में स्थित है।

सिनैप्टिक क्षेत्र।

इस क्षेत्र में, कोशिका द्विध्रुवी कोशिकाओं के साथ सिनैप्स बनाती है। डिफ्यूज बाइपोलर कोशिकाएं कई रॉड सिनैप्स बना सकती हैं।यह घटना, जिसे सिनैप्टिक अभिसरण कहा जाता है, दृश्य तीक्ष्णता को कम करता है लेकिन प्रकाश के प्रति आंख की संवेदनशीलता को बढ़ाता है। मोनोसिनेप्टिक द्विध्रुवी कोशिकाएं एक शंकु को एक नाड़ीग्रन्थि कोशिका से जोड़ती हैं, जो छड़ की तुलना में अधिक दृश्य तीक्ष्णता प्रदान करता है। क्षैतिज और अमैक्रिन कोशिकाएं कई छड़ या शंकु को एक साथ बांधती हैं... इन कोशिकाओं के लिए धन्यवाद, दृश्य जानकारी रेटिना छोड़ने से पहले ही एक निश्चित प्रसंस्करण से गुजरती है; ये कोशिकाएं, विशेष रूप से, पार्श्व निषेध में शामिल हैं।

पार्श्व निषेध – दृश्य प्रणाली में फ़िल्टरिंग का एक रूप कंट्रास्ट को बढ़ाने का कार्य करता है।

चूंकि जानवर के लिए, एक नियम के रूप में, समय या स्थान में उत्तेजना की ताकत या गुणवत्ता में परिवर्तन होता है बहुत महत्व, विकास की प्रक्रिया में, ऐसे परिवर्तनों पर "जोर देने" के लिए तंत्रिका तंत्र का गठन किया गया था। आप चित्र पर एक त्वरित नज़र डालकर दृश्य विपरीतता को बढ़ाने का विचार प्राप्त कर सकते हैं:

प्रत्येक लंबवत पट्टी अपनी सीमा पर आसन्न गहरे रंग की पट्टी के साथ थोड़ी हल्की प्रतीत होती है। इसके विपरीत, जहां यह एक हल्की पट्टी पर सीमाबद्ध होता है, यह गहरा दिखाई देता है। इस ऑप्टिकल भ्रम; वास्तव में, इसकी पूरी चौड़ाई के साथ धारियों को समान रूप से चित्रित किया जाता है (के साथ .) अच्छी गुणवत्ताप्रिंट)। इसके प्रति आश्वस्त होने के लिए, एक को छोड़कर सभी पट्टियों को कागज से ढक देना पर्याप्त है।

यह भ्रम कैसे उत्पन्न होता है? फोटोरिसेप्टर (छड़ी, या शंकु) द्वारा प्रेषित संकेत अमैक्रिन सेल को उत्तेजित करता है, जो पड़ोसी रिसेप्टर्स से संकेतों के संचरण को रोकता है, जिससे छवि की स्पष्टता ("चमक को कम करता है") में वृद्धि होती है।

पार्श्व अवरोध की पहली शारीरिक व्याख्या एक घोड़े की नाल केकड़े की मुखर आंख के अध्ययन के परिणामस्वरूप दिखाई दी। हालांकि इस तरह की आंख का संगठन कशेरुकी रेटिना के संगठन की तुलना में बहुत सरल है, घोड़े की नाल केकड़े में व्यक्तिगत ओमेटिडिया के बीच बातचीत भी मौजूद है। यह पहली बार 1950 के दशक के मध्य में रॉकफेलर विश्वविद्यालय में एच. के. हार्टलाइन की प्रयोगशाला में खोजा गया था। सबसे पहले, अंधेरे कमरे में, उन्होंने रिकॉर्ड किया विद्युत गतिविधिअलग ommatidium जब केवल इस ommatidium पर निर्देशित प्रकाश की एक उज्ज्वल किरण से प्रेरित होता है। जब कमरे में सामान्य प्रकाश भी चालू था, तो इस अतिरिक्त उत्तेजना ने न केवल ओम्मेटिडियम द्वारा प्रेषित निर्वहन की आवृत्ति में वृद्धि की, बल्कि इसके विपरीत, इसकी कमी का कारण बना। इसके बाद, यह पाया गया कि इस ओम्मेटिडियम के अवरोध (आवेगों की आवृत्ति में कमी) का कारण विसरित कमरे की रोशनी द्वारा आसपास के ओमेटिडिया का उत्तेजना था। पार्श्व अवरोध नामक इस घटना को बाद में अन्य जानवरों की दृश्य प्रणाली के साथ-साथ कई में देखा गया था संवेदी प्रणालीएक अलग प्रकार का।

लाठी में फोटोरिसेप्शन तंत्र

आइए हम अपने आप से एक प्रश्न पूछें: रेटिना में न्यूरॉन्स कहाँ से हैं: द्विध्रुवी कोशिकाएँ, नाड़ीग्रन्थि कोशिकाएँ, साथ ही क्षैतिज और अमैक्रिन कोशिकाएँ?

याद रखें कि रेटिना अग्रमस्तिष्क की वृद्धि के रूप में विकसित होती है। इसलिए, यह एक तंत्रिका ऊतक है। विरोधाभासी रूप से, छड़ और शंकु भी उत्परिवर्तित होते हुए भी न्यूरॉन्स होते हैं। इसके अलावा, न केवल न्यूरॉन्स, बल्कि अनायास सक्रिय: प्रकाश के बिना, उनकी झिल्ली विध्रुवित होती है, और वे मध्यस्थों को स्रावित करते हैं, और प्रकाश झिल्ली के अवरोध और हाइपरपोलराइजेशन का कारण बनता है! लाठी के उदाहरण से हम यह पता लगाने की कोशिश करेंगे कि यह कैसे होता है।

छड़ में प्रकाश-संवेदनशील वर्णक रोडोप्सिन होता है, जो झिल्ली डिस्क की बाहरी सतह पर स्थित होता है। रोडोप्सिन, या दृश्य बैंगनी, एक जटिल अणु है जो ऑप्सिन प्रोटीन के प्रतिवर्ती बंधन द्वारा प्रकाश-अवशोषित कैरोटीनॉयड रेटिनल (विटामिन ए, रेटिनॉल का एल्डिहाइड रूप) के एक छोटे अणु के लिए बनता है। ऑप्सिन दो आइसोमर्स के रूप में मौजूद हो सकता है। जबकि ऑप्सिन रेटिना से जुड़ा हुआ है, यह रासायनिक रूप से निष्क्रिय आइसोमर के रूप में मौजूद है, क्योंकि रेटिना, इसके अणु की सतह पर एक निश्चित क्षेत्र पर कब्जा कर लेता है, परमाणुओं के प्रतिक्रियाशील समूहों को अवरुद्ध करता है।

प्रकाश के प्रभाव में, रोडोप्सिन "फीका हो जाता है" - यह ऑप्सिन और रेटिना में नष्ट हो जाता है। यह प्रक्रिया प्रतिवर्ती है। रिवर्स प्रक्रियानीचे की ओर अंधेरा अनुकूलन ... पूर्ण अंधेरे में, सभी रोडोप्सिन को फिर से संश्लेषित करने और आंखों (अधिक सटीक, छड़) को अधिकतम संवेदनशीलता प्राप्त करने में लगभग 30 मिनट लगते हैं।

यह पाया गया है कि एक फोटॉन भी रोडोप्सिन को फीका कर सकता है। जारी किया गया ऑप्सिन अपनी संरचना बदलता है, प्रतिक्रियाशील हो जाता है और प्रक्रियाओं का एक झरना शुरू करता है। आइए अन्योन्याश्रित प्रक्रियाओं की इस श्रृंखला पर क्रमिक रूप से विचार करें।

अंधेरे में:

1) rhodopsinसही सलामत, निष्क्रिय;

2) फोटोरिसेप्टर के कोशिका द्रव्य में काम कर रहेएंजाइम ( गनीलेट साइक्लेज), जो एक न्यूक्लियोटाइड - गनीलेट (ग्वानोसिन मोनोफॉस्फोरिक एसिड - GMF) को एक रैखिक से चक्रीय रूप में परिवर्तित करता है - cGMP (जीएमएफ → सीजीएमपी) ;

3) सीजीएमपी बनाए रखने के लिए जिम्मेदार है Na + -चैनल की खुली अवस्थाफोटोरिसेप्टर प्लास्मालेमास (सीजीएमपी-आश्रित Na + -चैनल);

4) Na + आयन स्वतंत्र रूप से कोशिका में प्रवेश करते हैं - झिल्ली विध्रुवित है, कोशिका उत्तेजना की स्थिति में है;

5) उत्तेजना की स्थिति में, फोटोरिसेप्टर एक मध्यस्थ स्रावित करेंसिनैप्टिक फांक में।

प्रकाश में:

1) प्रकाश अवशोषण rhodopsinउसे बुलाता है मलिनकिरण, ऑप्सिन अपनी रचना बदलता है और सक्रिय हो जाता है।

2) ऑप्सिन के एक सक्रिय रूप का उदय भड़काता है सक्रियणनियामक जी-गिलहरी(यह झिल्ली-बाध्य प्रोटीन विभिन्न प्रकार के सेल प्रकारों में एक नियामक एजेंट के रूप में कार्य करता है)।

3) बदले में सक्रिय जी-प्रोटीन सक्रियबाह्य खण्ड के कोशिकाद्रव्य में एन्जाइम - फोस्फोडाईस्टेरेज... ये सभी प्रक्रियाएं डिस्क झिल्ली के तल में होती हैं।

4) सक्रिय फॉस्फोडिएस्टरेज़ साइटोप्लाज्म में चक्रीय ग्वानोसिन मोनोफॉस्फेट को सामान्य रैखिक रूप में परिवर्तित करता है (सीजीएमपी → जीएमएफ).

5) कोशिका द्रव्य में cGMP की सांद्रता में कमी से होता है Na + -चैनल बंद करनाडार्क करंट संचारित करना, और झिल्ली हाइपरपोलराइज्ड.

6) हाइपरपोलराइज़्ड अवस्था में, कोशिका मध्यस्थों का स्राव नहीं करता.

जब फिर से अंधेरा छा जाता है, तो पहले से बताए गए के प्रभाव में गनीलेट साइक्लेज- cGMP पुन: उत्पन्न होता है। सीजीएमपी के स्तर में वृद्धि से चैनल खुल जाते हैं, और रिसेप्टर करंट अपने पूर्ण "अंधेरे" स्तर पर बहाल हो जाता है।

एक कशेरुकी छड़ में फोटो-रूपांतरण का मॉडल।

रोडोप्सिन (पीओ) के फोटोइसोमेराइजेशन से जी-प्रोटीन का सक्रियण होता है, जो बदले में फॉस्फोडिएस्टरेज़ (पीडीई) को सक्रिय करता है। बाद वाला सीजीएमपी को रैखिक एचएमपी में हाइड्रोलाइज करता है। चूँकि cGMP Na + चैनल को अंधेरे में खुला रखता है, cGMP को प्रकाश में HMP में बदलने से ये चैनल बंद हो जाते हैं और डार्क करंट में कमी आती है। इस घटना के बारे में संकेत उत्पन्न होने वाली हाइपरपोलराइजेशन क्षमता के प्रसार के परिणामस्वरूप आंतरिक खंड के आधार पर प्रीसानेप्टिक टर्मिनल को प्रेषित किया जाता है।

इस प्रकार, फोटोरिसेप्टर में जो होता है, वह आमतौर पर अन्य रिसेप्टर कोशिकाओं में जो देखा जाता है, उसके ठीक विपरीत होता है, जहां जलन हाइपरपोलराइजेशन के बजाय विध्रुवण का कारण बनती है। हाइपरपोलराइजेशन छड़ से उत्तेजक न्यूरोट्रांसमीटर की रिहाई को धीमा कर देता है, जो अंधेरे में सबसे प्रचुर मात्रा में होता है।

सिग्नल को बढ़ाने के लिए प्रक्रियाओं के इस तरह के एक जटिल कैस्केड की आवश्यकता होती है। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, रॉड के बाहर निकलने पर भी एक फोटॉन का अवशोषण दर्ज किया जा सकता है। एक photopigment अणु के photoisomerization प्रतिक्रियाओं के एक हिमस्खलन की तरह झरना का कारण बनता है, जिनमें से प्रत्येक पिछले एक के प्रभाव को काफी बढ़ाता है। इसलिए, यदि एक फोटोपिगमेंट अणु 10 जी-प्रोटीन अणुओं को सक्रिय करता है, तो एक जी-प्रोटीन अणु 10 फॉस्फोडिएस्टरेज़ अणुओं को सक्रिय करता है, और प्रत्येक फॉस्फोडिएस्टरेज़ अणु, बदले में, 10 सीजीएमपी अणुओं को हाइड्रोलाइज़ करता है, एक वर्णक अणु का फोटोइसोमेराइज़ेशन 1000 सीजीएमपी अणुओं को निष्क्रिय कर सकता है। इन मनमानी, बल्कि कम करके आंका गया आंकड़ों से, यह समझना मुश्किल नहीं है कि संवेदी संकेत को एंजाइमी प्रतिक्रियाओं के कैस्केड का उपयोग करके कैसे बढ़ाया जा सकता है।

यह सब कई ऐसी घटनाओं की व्याख्या करना संभव बनाता है जो पहले रहस्यमय थीं।

सबसे पहले, यह लंबे समय से ज्ञात है कि एक व्यक्ति जिसने पूर्ण अंधकार के लिए अनुकूलित किया है वह प्रकाश की इतनी कमजोर फ्लैश देखने में सक्षम है कि कोई भी रिसेप्टर एक से अधिक फोटॉन प्राप्त नहीं कर सकता है। गणना से पता चलता है कि एक फ्लैश की सनसनी के लिए, यह आवश्यक है कि, थोड़े समय में, फोटॉन द्वारा लगभग छह निकट दूरी वाली छड़ें उत्तेजित की गईं। अब यह स्पष्ट हो गया है कि कैसे एक फोटॉन रॉड को उत्तेजित कर सकता है और इसे पर्याप्त ताकत का संकेत उत्पन्न कर सकता है।

दूसरे, अब हम रोशनी में परिवर्तन का जवाब देने के लिए छड़ की अक्षमता की व्याख्या कर सकते हैं यदि प्रकाश पहले से ही पर्याप्त उज्ज्वल है। जाहिर है, छड़ की संवेदनशीलता इतनी अधिक है कि मजबूत रोशनी के तहत, उदाहरण के लिए, पर सूरज की रोशनी, सभी सोडियम छिद्र बंद हो जाते हैं, और प्रकाश का आगे प्रवर्धन कोई भी नहीं दे सकता है अतिरिक्त प्रभाव... तब लाठी को संतृप्त कहा जाता है।

व्यायाम:

सैद्धांतिक जीव विज्ञान के नियमों में से एक - जैविक समीचीनता का नियम या अरस्तू का नियम - को अब डार्विन के प्राकृतिक चयन की रचनात्मक भूमिका के सिद्धांत में समझाया गया है, जो जैविक विकास की अनुकूली प्रकृति में प्रकट होता है। यह समझाने की कोशिश करें कि अंधेरे में फोटोरिसेप्टर की सहज गतिविधि की अनुकूलन क्षमता क्या है, यह देखते हुए कि मध्यस्थों के संश्लेषण और स्राव पर बहुत सारी ऊर्जा (एटीपी) खर्च की जाती है।

दृश्य अंग के लिए धन्यवाद, लोग देखते हैं दुनियाइसके सभी रंगों में। यह सब आंख के रेटिना के कारण होता है, जिस पर विशेष फोटोरिसेप्टर स्थित होते हैं। चिकित्सा में, उन्हें छड़ और शंकु कहा जाता है।

वे गारंटी उच्चतम डिग्रीवस्तुओं की संवेदनशीलता। रेटिना की छड़ें और शंकु आने वाले प्रकाश संकेतों को दालों में स्थानांतरित करते हैं। तब वह उन्हें स्वीकार करता है तंत्रिका प्रणालीऔर प्राप्त जानकारी को व्यक्ति को हस्तांतरित करता है।

किसी भी प्रकार के फोटोरिसेप्टर का अपना विशिष्ट कार्य होता है। उदाहरण के लिए, दिन के समय, शंकु सबसे अधिक भार महसूस करते हैं। जब प्रकाश के प्रवाह की पैठ कम हो जाती है, तो लाठी चलन में आ जाती है।

रॉड का एक लम्बा आकार होता है जो एक छोटे सिलेंडर जैसा दिखता है और इसमें चार महत्वपूर्ण लिंक होते हैं: झिल्ली डिस्क, सिलिया, माइटोकॉन्ड्रिया और तंत्रिका ऊतक। इस प्रकार के फोटोरिसेप्टर में प्रकाश संवेदनशीलता में वृद्धि होती है, जो कि छोटी से छोटी चमकती रोशनी के प्रभाव की गारंटी देता है। जब वे एक फोटॉन में ऊर्जा प्राप्त करते हैं तो छड़ें कार्य करना शुरू कर देती हैं। लाठी का यह गुण प्रभावित करता है दृश्य समारोहशाम को और अंधेरे में वस्तुओं को देखने में मदद करता है। चूंकि उनकी संरचना में छड़ में केवल एक वर्णक होता है जिसे रोडोप्सिन कहा जाता है, रंग भिन्न नहीं होते हैं।

रेटिना में शंकु का कार्य

शंकु प्रयोगशाला अनुसंधान में उपयोग किए जाने वाले फ्लास्क के आकार के समान होते हैं। मनुष्यों में, इनमें से लगभग सात मिलियन रिसेप्टर्स आंख के रेटिना में स्थित होते हैं। एक शंकु में चार तत्व होते हैं।

1. सतह परत को झिल्ली डिस्क द्वारा दर्शाया जाता है जो आयोडोप्सिन नामक एक रंग वर्णक से भरे होते हैं।
2. कनेक्टिंग परत शंकु में दूसरी परत है। इसकी मुख्य भूमिका कसना द्वारा निभाई जाती है, जो एक निश्चित प्रकार के रिसेप्टर्स बनाती है।
3. शंकु का भीतरी भाग माइटोकॉन्ड्रिया होता है।
4. रिसेप्टर के मध्य भाग में, मुख्य खंड स्थित है, जो लिंक को जोड़ने का कार्य करता है।

रंग वर्णक आयोडोप्सिन को कई प्रकारों में विभाजित किया गया है। यह सुनिश्चित करता है कि प्रकाश स्पेक्ट्रम के विभिन्न हिस्सों का पता लगाने पर शंकु पूरी तरह ग्रहणशील हैं। विभिन्न प्रकार के पिगमेंट के प्रभुत्व के साथ, शंकु को तीन मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जाता है। वे सभी इतने सामंजस्यपूर्ण रूप से कार्य करते हैं कि वे लोगों को दृश्य वस्तुओं के सभी रंगों को उत्कृष्ट दृष्टि से देखने की अनुमति देते हैं।

आँख की रंग-संवेदन क्षमता

छड़ और शंकु न केवल दिन और रात की दृष्टि के बीच अंतर करने के लिए, बल्कि चित्रों में रंगों की पहचान करने के लिए भी आवश्यक हैं। दृश्य अंग की संरचना कई कार्य करती है: इसके लिए धन्यवाद, आसपास की दुनिया का एक विशाल क्षेत्र माना जाता है। इन सबके अलावा, एक व्यक्ति के पास एक है दिलचस्प गुण, जिसका अर्थ है अपने आप से। रंग स्पेक्ट्रा की धारणा में रिसेप्टर्स भाग लेते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक व्यक्ति एकमात्र प्रतिनिधि होता है जो दुनिया के सभी रंगों को अलग करता है।

दृश्य रेटिना की संरचना

यदि हम रेटिना की संरचना के बारे में बात करते हैं, तो छड़ और शंकु प्रमुख स्थानों में से एक में स्थित हैं। तंत्रिका ऊतकों पर इन फोटोरिसेप्टर की उपस्थिति प्राप्त प्रकाश प्रवाह को तुरंत पल्स सेट में बदलने में मदद करती है।

रेटिना एक छवि प्राप्त करता है, जिसे आंख के हिस्से और लेंस का उपयोग करके बनाया गया है। फिर चित्र को संसाधित किया जाता है और मस्तिष्क के वांछित क्षेत्र में दृश्य मार्गों की सहायता से आवेगों को खिलाया जाता है। सबसे जटिल प्रकार की आंख की संरचना सूचना डेटा का मामूली सेकंड में अभिन्न प्रसंस्करण करती है। अधिकांश रिसेप्टर्स मैक्युला में स्थित होते हैं, जो रेटिना के केंद्र में स्थित होता है।

रेटिना में छड़ और शंकु के कार्य

छड़ और शंकु की संरचना और कार्य भिन्न होते हैं। लाठी एक व्यक्ति को अंधेरे में वस्तुओं पर ध्यान केंद्रित करने की अनुमति देती है, जबकि शंकु, इसके विपरीत, आसपास की दुनिया की रंग धारणा को अलग करने में मदद करते हैं। लेकिन इसके बावजूद, वे पूरे दृश्य अंग के सुव्यवस्थित कार्य को सुनिश्चित करते हैं। इसलिए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि दृश्य कार्य के प्रदर्शन के लिए दोनों फोटोरिसेप्टर आवश्यक हैं।

रेटिना में रोडोप्सिन के कार्य

रोडोप्सिन दृश्य वर्णक से संबंधित है, जो संरचना में एक प्रोटीन है। यह क्रोमोप्रोटीन से संबंधित है। व्यवहार में, इसे आमतौर पर दृश्य बैंगनी भी कहा जाता है। इसका नाम इसके चमकीले लाल रंग के कारण पड़ा। डंडों का लाल रंग विभिन्न परीक्षाओं में खोजा और दिखाया गया है। रोडोप्सिन में दो घटक होते हैं - एक पीला रंगद्रव्य और एक रंगहीन प्रोटीन।

प्रकाश के संपर्क में आने पर, वर्णक विघटित होने लगता है। रोडोप्सिन की बहाली प्रोटीन की मदद से गोधूलि प्रकाश के दौरान होती है। तेज रोशनी में, यह फिर से विघटित हो जाता है और इसकी संवेदनशीलता नीले दृश्य क्षेत्र में बदल जाती है। रोडोप्सिन प्रोटीन तीस मिनट के भीतर पूरी तरह से नवीनीकृत हो जाता है। इस समय तक, गोधूलि प्रकार की दृष्टि अपने चरम पर पहुंच जाती है, अर्थात व्यक्ति एक अंधेरे कमरे में बहुत बेहतर देखना शुरू कर देता है।

रॉड और शंकु क्षति के संकेत

• दृश्य तीक्ष्णता में कमी।
• रंग धारणा में गड़बड़ी।
• अभिव्यक्ति।
• दृश्य क्षेत्र का संकुचन।
• घटना।
• गिरती गोधूलि दृष्टि।

रेटिना में छड़ और शंकु को प्रभावित करने वाले रोग

फोटोरिसेप्टर की हार बीमारियों के रूप में रेटिना की विभिन्न विसंगतियों के साथ होती है।

1. हेमरालोपिया। लोकप्रिय कहा जाता है, जो गोधूलि दृष्टि को प्रभावित करता है।
2. चकत्तेदार अध: पतन। रेटिना के मध्य भाग की विकृति।
3. रेटिनल पिगमेंट एबियोट्रॉफी।
4. वर्णांधता। स्पेक्ट्रम के नीले क्षेत्र के बीच अंतर करने में असमर्थता।
5. रेटिना अलग होना।
6. रेटिना में भड़काऊ प्रक्रिया।
7. आंख में चोट।

मानव जीवन में दृश्य अंग एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, और रंगों की धारणा में मुख्य कार्य छड़ और शंकु द्वारा खेले जाते हैं। इसलिए, यदि एक फोटोरिसेप्टर पीड़ित होता है, तो दृश्य प्रणाली का पूरा काम बाधित हो जाता है।

दृश्य अंग है जटिल तंत्रऑप्टिकल दृष्टि। इसमें एक नेत्रगोलक है, नेत्र - संबंधी तंत्रिकासाथ तंत्रिका ऊतकसहायक भाग अश्रु प्रणाली, पलकें, नेत्रगोलक की मांसपेशियां, साथ ही लेंस, रेटिना है। दृश्य प्रक्रिया रेटिना से शुरू होती है।

रेटिना में, दो भाग होते हैं जो कार्य में भिन्न होते हैं, यह दृश्य या ऑप्टिकल भाग है; भाग अंधा या सिलिअरी है। रेटिना में आंख की आंतरिक परत होती है, जो दृश्य प्रणाली की परिधि में स्थित एक अलग भाग है।

इसमें फोटोग्राफिक रिसेप्टर्स - शंकु और छड़ होते हैं, जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में आने वाले प्रकाश संकेतों की प्रारंभिक प्रसंस्करण करते हैं। यह अंग एक पतली परत में स्थित है, अंदरबगल के कांच का, और बाहरी भाग . के निकट है नाड़ी तंत्रनेत्रगोलक की सतह।

रेटिना के खंड को दो भागों में बांटा गया है: एक बड़ा हिस्सा, जो दृष्टि के लिए जिम्मेदार है, और एक छोटा हिस्सा, जो अंधा है। रेटिना 22 मिमी व्यास का होता है और नेत्रगोलक की सतह का लगभग 72% भाग घेरता है।

छड़ और शंकु प्रकाश और रंग धारणा में बहुत बड़ी भूमिका निभाते हैं

नेत्र अंग में - रेटिना, उपलब्ध फोटोरिसेप्टर छवियों के रंग धारणा में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ये रिसेप्टर्स हैं - शंकु और छड़, असमान रूप से स्थित हैं। इनकी खोज का घनत्व 20 से 200 हजार प्रति वर्ग मिलीमीटर तक होता है।

रेटिना के केंद्र में है एक बड़ी संख्या कीशंकु, अधिक छड़ें परिधि पर स्थित हैं। तथाकथित पीला स्थानजहां बिल्कुल भी लाठी नहीं है।

वे आपको आसपास की वस्तुओं के सभी रंगों और चमक को देखने की अनुमति देते हैं। इस प्रकार के रिसेप्टर की उच्च संवेदनशीलता आपको प्रकाश संकेतों को पकड़ने और उन्हें आवेगों में बदलने की अनुमति देती है, जो तब ऑप्टिक तंत्रिका चैनलों के माध्यम से मस्तिष्क में भेजे जाते हैं।

दिन के उजाले के दौरान, रिसेप्टर्स - आंख के शंकु - काम करते हैं; शाम और रात में, मानव दृष्टि रिसेप्टर्स - छड़ द्वारा प्रदान की जाती है। यदि कोई व्यक्ति दिन में रंगीन तस्वीर देखता है, तो रात में केवल काले और सफेद रंग में। फोटोग्राफिक सिस्टम के प्रत्येक रिसेप्टर्स उन्हें सौंपे गए फ़ंक्शन का सख्ती से पालन करते हैं।

लाठी की संरचना

छड़ और शंकु संरचना में समान हैं।

शंकु और छड़ संरचना में समान हैं, लेकिन प्रदर्शन किए गए विभिन्न कार्यात्मक कार्य और प्रकाश प्रवाह की धारणा के कारण भिन्न हैं। छड़ें उन रिसेप्टर्स में से एक हैं जिन्हें उनके बेलनाकार आकार के लिए नामित किया गया है। इस भाग में इनकी संख्या लगभग 120 करोड़ है।

वे अपेक्षाकृत छोटे, 0.06 मिमी लंबे और 0.002 मिमी चौड़े हैं। रिसेप्टर्स में चार घटक टुकड़े होते हैं:

• बाहरी खंड - एक झिल्ली के रूप में डिस्क;
• मध्यवर्ती क्षेत्र - सिलियम;
• आंतरिक भाग माइटोकॉन्ड्रिया है;
• तंत्रिका अंत के साथ ऊतक।

फोटोकेल अपनी उच्च संवेदनशीलता के कारण एक फोटॉन में प्रकाश की कमजोर चमक का जवाब देने में सक्षम है। इसमें एक घटक होता है जिसे रोडोप्सिन या विज़ुअल पर्पल कहा जाता है।

रोडोप्सिन तेज रोशनी में विघटित हो जाता है और दृष्टि के नीले क्षेत्र के प्रति संवेदनशील हो जाता है। अंधेरे या गोधूलि में, आधे घंटे के बाद, रोडोप्सिन बहाल हो जाता है, और आंख वस्तुओं को देखने में सक्षम होती है।

रोडोप्सिन को इसका नाम मिला चमकदार लाल... प्रकाश में, वे पीले हो जाते हैं, फिर फीका पड़ जाते हैं। अंधेरे में यह फिर से चमकदार लाल हो जाता है।

यह रिसेप्टर रंगों और रंगों को पहचानने में सक्षम नहीं है, लेकिन आपको अंदर देखने की अनुमति देता है दोपहर के बाद का समयवस्तुओं की रूपरेखा। शंकु के रिसेप्टर्स की तुलना में बहुत अधिक धीरे-धीरे प्रकाश के लिए प्रतिक्रिया करता है।

शंकु संरचना

शंकु छड़ से कम संवेदनशील होते हैं

शंकु आकार में शंक्वाकार होते हैं। इस खंड में शंकु की संख्या 6-7 मिलियन है, लंबाई 50 µm तक है, और मोटाई 4 मिमी तक है। इसमें एक घटक होता है - आयोडोप्सिन। घटक में अतिरिक्त रूप से वर्णक होते हैं:

• क्लोरोलैब - एक वर्णक जो पीले - हरे रंग पर प्रतिक्रिया कर सकता है;
• एरिथ्रोलैब एक ऐसा तत्व है जो पीले-लाल रंग को महसूस कर सकता है।

एक तीसरा, अलग से प्रस्तुत वर्णक भी है: साइनोलाब - एक घटक जो स्पेक्ट्रम के बैंगनी-नीले हिस्से को मानता है।

शंकु छड़ की तुलना में 100 गुना कम संवेदनशील होते हैं, लेकिन आंदोलन की धारणा बहुत तेज होती है। शंकु रिसेप्टर में 4 घटक टुकड़े होते हैं:

1. बाहरी भाग - झिल्ली डिस्क;
2. मध्यवर्ती कड़ी - कसना;
3. आंतरिक खंड - माइटोकॉन्ड्रिया;
4. सिनैप्टिक क्षेत्र।

चमकदार प्रवाह का सामना करने वाले बाहरी खंड में डिस्क का हिस्सा लगातार नवीनीकृत होता है, दृश्य वर्णक की बहाली और प्रतिस्थापन चल रहा है। दिन के दौरान, 80 से अधिक डिस्क बदली जाती हैं, 10 दिनों में एक पूर्ण डिस्क प्रतिस्थापन किया जाता है। शंकु में स्वयं तरंग दैर्ध्य में अंतर होता है, तीन प्रकार होते हैं:

• एस - प्रकार बैंगनी - नीला भाग पर प्रतिक्रिया करता है;
• एम - प्रकार हरे - पीले भाग को मानता है;
• एल - प्रकार पीले और लाल भागों के बीच अंतर करता है।

छड़ एक फोटोरिसेप्टर है जो प्रकाश को महसूस करता है, और शंकु एक फोटोरिसेप्टर है जो रंग को महसूस करता है। इस प्रकार के शंकु और छड़ एक साथ आसपास की दुनिया की रंग धारणा की संभावना पैदा करते हैं।

रेटिना की छड़ और शंकु: रोग

वस्तुओं की पूर्ण रंग धारणा प्रदान करने वाले रिसेप्टर समूह बहुत संवेदनशील होते हैं और विभिन्न बीमारियों के अधीन हो सकते हैं।

रोग और लक्षण

एक प्रसिद्ध बीमारी - रंग अंधापन - छड़ और शंकु की खराबी

रेटिना फोटोरिसेप्टर को प्रभावित करने वाले रोग:

• रंग अंधापन - रंगों को पहचानने में असमर्थता;
• रेटिना वर्णक अध: पतन;
• Chorioretinitis - झिल्ली के रेटिना और वाहिकाओं की सूजन;
• रेटिना झिल्ली की परतों की टुकड़ी;
• रतौंधी या हेमरालोपिया, यह शाम के समय एक दृश्य हानि है, छड़ की विकृति के साथ होता है;

धब्बेदार अध: पतन रेटिना के मध्य भाग का कुपोषण है। इस रोग में निम्नलिखित लक्षण दिखाई देते हैं:

1. आंखों के सामने कोहरा;
2. पढ़ने में मुश्किल, चेहरा पहचानना;
3. सीधी रेखाएँ विकृत होती हैं।

अन्य बीमारियों के साथ, स्पष्ट लक्षण हैं:

• दृष्टि के संकेतक में कमी;
• बिगड़ा हुआ रंग धारणा;
• आँखों में रोशनी की चमक;
• देखने के दायरे को कम करना;
• आंखों के सामने घूंघट की उपस्थिति;
• शाम के समय दृष्टि का बिगड़ना।

छड़ और शंकु एक वास्तविक विरोधाभास हैं!

रतौंधी या हेमरालोपिया विटामिन ए की कमी के साथ होता है, तब लाठी का काम बाधित होता है, जब कोई व्यक्ति शाम और अंधेरे में बिल्कुल नहीं देखता है, और दिन के दौरान पूरी तरह से देखता है।

जब कम रोशनी में दृष्टि सामान्य होती है और तेज रोशनी में अंधापन होता है, तो कार्यात्मक शंकु की शिथिलता फोटोफोबिया की ओर ले जाती है। रंग अंधापन - अक्रोमेसिया विकसित हो सकता है।

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