מעבר אור ברשתית
ניסויים והדמיות
מיון צבעים בעין על ידי סיבים אופטיים
תמונת העולם הנופלת על הרשתית בקרקעית העין עוברת רקמות עבות של תאים עד שהיא מגיעה לגלאי האור. לכאורה היה צפוי שהסדר יהיה הפוך: קודם יבואו הגלאים, ואחריהם שכבות העצבים המעבדות את התמונה לצורך העברתה למוח. לאחרונה פוענחה הסיבה לכך: קיימים ברשתית סיבים אופטיים המוליכים את האור ישירות אל המדוכים, הגלאים האחראים על ראית צבע. אור אשר דולף בין הסיבים או מגיע משולי העין ואשר עשוי לפגוע בחדות הראייה שלנו מוחזר ומפוזר וכך מגיע לקנים, שאינם רגישים לצבעים. בכך הצלחנו להסביר את התעלומה שהעסיקה מדענים ורופאים במשך יותר ממאה שנה: ללא רקמות אלו לא היה ניתן להוליך את האור בסיבים האופטיים, ולשפר את חדות הראיה
דגם המחשב שנבנה בעבודה זו כדי לתאר את העברת האור ברשתית הראה דבר מפתיע: רוב האור המרוכז בסיבים הוא ירוק ואדום, והוא מועבר ישירות למדוכים שרגישים ביותר באורכי גל אלו: בירוק ובאדום. הוויכוחים אם לקבל את הדגם נמשכים זה זמן, בגלל הקושי לוודא שאכן הסיבים קיימים ואם אכן הם מעבירים את האור כצפוי. כדי לוודא את הדגם, העברנו אור לבן דרך רשתיות, ובדקנו את העברת האור צבע אחר צבע.
ואכן, בתמונה מיקרוסקופית תלת-מימדית התברר שמבנה הסיבים האופטיים (הקרויים תאי גְלִיה, או תאי מילר) מעביר בדיוק את הצבעים המתאימים למדוכים. שאר האור מפוזר סביב, ופוגע בקנים. כלומר, בשעות היום רוב האור מרוכז ׁ(עד פי עשר!) בתאי המדוכים הרגישים לצבע, ובלילה האור מפוזר לקנים כך שראיית הלילה אינה נפגעת כמעט. בתמונה הניסיונית אנו רואים את האור המגיע מלמעלה, עובר דרך התאים ופוגע בגלאי האור שבתחתית הרשתית.
מנגנון זה קיים בכל בעלי החוליות, ומכאן מובנת חשיבותו: למרות התפתחות מינים שונים, שמרה הרשתית על מבנה זה של תאים מוליכי אור כדי לשפר את איכות התמונה הצבעונית ביום ואת עוצמתה בלילה.
העבודה בוצעה על ידי תלמידי המחקר עמיחי לבין ושאדי סאפורי, והחוקרים אדו פרלמן וארז ריבק, המתחלקים בין הפקולטה לפיסיקה ובית הספר לרפואה, ומתפרסמת בכתב העת Nature Communications.
ניסויים
- אופטיקה מסתגלת לעין
- מדידות חזית גל של העין
- אפנון אקוסטו-אופטי להסרת רעש ניקודים מגלאי חזית גל
- דימות בהפרדה גבוהה של הרשתית ואופטיקה בהטבלה להפחתת עיוותי הקרנית
- הולכת אור ברשתית: תאי מילר ממיינים צבעים להטלה על המדוכים והקנים
הדמיות
- עיוותי העין
- עיוותי הרשתית (מחקר קודם) באנגלית: מאמר מדעי, הקדמה פשוטה, הסברים נוספים
- בניית דגם גיאומטרי תלת-מימדי של שכבות העצבים, תאי גלִייה (מילר) ברשתית החיצונית, מחוץ לפובאה – הקטע המרכזי הרגיש
- הצמדת מקדם שבירה תואם לשכבות
- שימוש בתוכנת קידום קרניים בשיטת פוריה
- אימות על המדוכים (קונים)
- התאמה טובה לתוצאות העיוניות
- קידום האור דרך שכבות הרשתית
- זוויות פגיעה, מאפס עד לזוויות המירביות המותרות דרך אישון מורחב (כעשר מעלות)
- אורכי גל מן הכחול דרך הירוק ועד האדום ותת-אדום הקרוב
- תוצאות עד כה
- דחיית אור רקע וגבבא: אור המפוזר בעת מעבר האור בתאי הגלייה הסמוכים, או מכיוונים אחרים בעין, אינו מגיע למדוכים האחראים על ראיית הצבע. ללא רקע משתפרת חדות התמונה
- דחית עיוותים: אופנים גבוהים (חזיתות גל נטויות מאוד, כתוצאה של עיוותי צבע ועיוותים אחרים בקרנית ובעדשה) מפוזרים לצדדים ואינם מגיעים למדוכים
- אור מפוזר שלא הגיע למדוכים יכול עדיין להקלט על ידי הקנים (רודים) האחראים על רגישות גבוהה, אך עיוורים לצבע
- התאמה טובה לתוצאות נסיוניות של פרנצה ואחרים (2007) עבור תאי גלִייה
- מסביר מדוע הרשתית הפוכה. אם המדוכים היו קודמים ושכבות העצבים מאחור, התוצאות לעיל לא היו תקפות:
- אור רקע היה מפריע
- רוב האור היה מגיע לקנים ולא למדוכים
- היתה רגישות גבוהה יותר לעיוותים באופטיקה של העין
- לא היתה הפרדת צבעים אדום וירוק למדוכים, כחול, סגול ואדום עמוק לקנים
סרטים להדגמה:
שדה אור מתקדם לאורך הרשתית, מתרכז בתאי הגלייה
- פגיעה בזוית חמש מעלות, כחול (400 ננומטר), אטי avi (12MB), mov (3.3MB)
- פגיעה בזוית חמש מעלות, כחול (400 ננומטר), מהיר avi (6MB), mov (1.7MB)
- פגיעה בזוית שש מעלות, ירוק (580 ננומטר), אטי avi (12MB), mov (3.3MB)
- פגיעה בזוית שש מעלות, תת-אדום קרוב (700 ננומטר) מהיר avi (4MB), mov (1.4MB)
- פגיעה בזוית עשר מעלות, אדום (670 ננומטר), אטי avi (12MB), mov (3.3MB)
הסרטים מראים את השדה האלקטרומגנטי, בעוד שהתמונות מראות עוצמה (שדה ברבוע). העין רגישה לעוצמה, לא לשדה.
להשוואה, עוצמת האור בניסוי mp4
הדמיות המחשב בוצעו על ידי עמיחי לבין וארז ריבק (הפקולטה לפיסיקה)