Третий рецептор

В восьмидесятых годы Чарльз Цайслер изучает людей, полностью потерявших зрение — у которых не осталось ни одной работающей палочки или колбочки в сетчатке. По всем законам физиологии, известным на тот момент, свет для них должен был перестать существовать как сигнал для тела: раз глаз не видит, мозг не может понять, день сейчас или ночь.

Но циркадные часы этих людей продолжают сверяться с реальным временем суток. У части слепых пациентов ритм сна и бодрствования по-прежнему подстраивается под смену света и темноты за окном — хотя сознательно они не различают ни то, ни другое.

Загадка была не новой. Ещё в 1920-х офтальмолог Клайд Кизлер предполагал существование третьего типа светочувствительных клеток в глазу, отдельного от палочек и колбочек — и не смог этого доказать при жизни. Десятилетиями гипотеза оставалась любопытной сноской, которую нечем было подтвердить.

В 2002 году Дэвид Берсон в Университете Брауна берёт клетки сетчатки, которые посылают сигнал прямиком в супрахиазматическое ядро — главные часы мозга, — и блокирует фармакологически все сигналы от палочек и колбочек. Потом просто освещает эти клетки напрямую. Они отвечают — деполяризуются, увеличивают частоту разрядов, как и положено настоящему рецептору света, полностью изолированному от остальной сетчатки.

Клетки называют ipRGC — внутренне светочувствительные ганглиозные клетки сетчатки. Они не участвуют в формировании привычной картинки перед глазами. Их работа — сообщать не что там видно, а сколько сейчас света вообще — и передавать этот единственный, грубый параметр напрямую в супрахиазматическое ядро, минуя всё, что связано с обычным зрением.

Пигмент внутри этих клеток, меланопсин, разборчив к одному конкретному участку спектра — пик чувствительности приходится на длину волны около 460–480 нанометров, это ярко-голубой цвет неба в ясный день. Тёплый, желтоватый свет обычной домашней лампы этот пигмент почти не замечает — не потому что света мало, а потому что не та длина волны.

У этих клеток есть ещё одна особенность, отличающая их от палочек и колбочек. Обычные фоторецепторы реагируют почти мгновенно — иначе глаз не смог бы уследить за летящим мячом. ipRGC устроены наоборот: разгораются медленно и продолжают слать сигнал в мозг ещё долго после того, как свет уже погас — у одиночного фотонного отклика время интеграции доходит до восьми секунд, что на два порядка дольше, чем у обычных клеток сетчатки млекопитающих. Это не баг, а специализация: клетка не должна ловить вспышку, ей нужно измерить общий фон освещённости за долгий отрезок времени.

Именно эти клетки, отправляя сигнал в супрахиазматическое ядро, дают команду шишковидной железе придержать выработку мелатонина — гормона, без которого не начинается сон. Вечером за экраном смартфона меланопсин реагирует на свечение того же голубого спектра, что и небо в полдень — и мозг получает сигнал, который не совпадает с часами на стене.

Из-за этого у тела оказывается два независимых способа узнавать время. Внутренние органы — желудок, печень, мышцы — заводятся от еды и воды: съел завтрак, значит, начался день. Но главные часы мозга подчиняются только одному сигналу — потоку синих фотонов, который улавливают именно эти клетки, и ничему больше.

Порог для полноценного сдвига этих часов утром довольно высокий — начиная примерно с 3000 люкс. Обычная лампа под потолком в комнате даёт 100–300 люкс. Пасмурное утро за окном — от 3000 до 5000. Ясный день — десятки тысяч.

Человек встаёт, включает настольную лампу, завтракает в этом свете — и получает ровно ту дозу фотонов, на которую супрахиазматическое ядро не реагирует вовсе.