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视杆细胞与视锥细胞的功能部分

2022.9.01

目前已知的哺乳动物的感光细胞有视杆细胞,视锥细胞与内在光敏视网膜神经节细胞(ipRGCs)。视杆细胞主要促成夜间视力(暗视条件),视锥细胞则主导白天视力(明视条件),但两者光转导的生化反应与路径是相似的。在1990年代发现了第三类哺乳动物感光细胞:内在光敏视网膜神经节细胞。这些细胞被认为不直接有助于视觉,而是在昼夜节律和瞳孔反射的产生中起作用。

视杆和视锥细胞之间存在主要的功能差异。视杆细胞极为敏感,可以被单个光子触发。在非常低的光照水平下,视觉体验完全基于视杆细胞的讯号。而视锥细胞需要更亮的光(即需要更多的光子)才能产生讯号。在人类中,存在三种不同类型的视锥细胞,以其对不同波长的光的反应模式来区分。视觉中的色彩即是由这三种视锥细胞的个别讯号所计算统整出来的。这可以解释为什么在低光照时无法看清物体的颜色,因为此时只有视杆细胞处于活跃的状态而非视锥细胞。三种类型的视锥细胞大致分别对短、中、长波长的光有反应,因此它们分别称为S-锥、M-锥和L-锥。

根据单一变量原则,细胞的触发仅取决于吸收的光子数量。三种类型的视锥细胞的不同反应取决于它们各自的感光蛋白吸收不同波长的光子的能力。例如,L-视锥细胞含有一种感光蛋白,该蛋白更容易吸收长波长的光。较短波长的光也可以从L-视锥细胞产生相同的反应,但是需要更多的光子才能触发。

人的视网膜约含有1.2亿个视杆细胞和600万个视锥细胞。视杆细胞和视锥细胞的数量和比例因物种而异,这取决于动物是日行性的还是夜行性的。例如夜行性的猫头鹰,为了在低光照的夜晚看清东西,其视网膜上就有大量的视杆细胞。

在人类的视觉系统中,除了视杆和视锥外,还有大约240万至300万个神经节细胞,其中1-2%是感光细胞。神经节细胞的轴突形成两个视神经。

感光细胞通常以不规则但大致为六边形的网格排列,称为视网膜镶嵌。


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