Uusi tutkimus valottaa ihmisen huippuherkkää näköjärjestelmää

Jo lähes sata vuotta neurotieteilijöitä on kiinnostanut, voisiko ihmissilmä havaita yksittäisen valohiukkasen eli fotonin, joka on pienin mahdollinen määrä valoa. Tämä kysymys on ollut vaikea ratkaista, koska ihmisen näköhavaintoja ja verkkokalvon toimintaa ei ole aiemmin pystytty tarkasti yhdistämään.

Helsingin yliopistossa tehty tutkimus paljastaa, että ihmisen näköjärjestelmä uhraa kyvyn havaita yksittäisiä valohiukkasia saavuttaakseen suuremman tarkkuuden himmeiden valojen havaitsemisessa. Tutkimustulos haastaa aiemmat käsitykset näköjärjestelmän toiminnasta.

– Tämä tutkimus on merkittävä edistysaskel neurotieteen alalla ja tarjoaa uutta tietoa siitä, miten ihmisen näköjärjestelmä toimii äärimmäisissä olosuhteissa – tutkimuksessamme ihmissilmän herkkyys lähestyy fysiikan asettamia ehdottomia reunaehtoja ja koko näköjärjestelmä toimii absoluuttisen suorituskykynsä rajalla, sanoo tutkimusta johtanut professori Petri Ala-Laurila bio- ja ympäristötieteellisestä tiedekunnasta.

– Tutkimuksemme osoittavat, että ihmisen näköjärjestelmä on kehittynyt havaitsemaan himmeitä kontrasteja äärimmäisen tarkasti, mikä on ilmeisesti tärkeämpää kuin yksittäisten valohiukkasten havaitseminen, jatkaa artikkelin ensimmäinen kirjoittaja, tohtori Markku Kilpeläinen Helsingin yliopiston psykologian laitokselta.

Näköhavaintoja pimeyden rajamailla

Tutkimuksessa osoitettiin, että ihmiset pystyvät havaitsemaan äärimmäisen pieniä eroja valon kirkkaudessa pimeyden rajalla. Tämä tarkkuus saavutetaan näköjärjestelmän kyvyllä poistaa niin kutsuttua hermostollista kohinaa äärimmäisen tehokkaasti, mikä tarkoittaa, että näköjärjestelmä uhraa yksittäisten valohiukkasten havaitsemisen.

Tutkijat tekivät tarkkoja sähköfysiologisia mittauksia verkkokalvolla sekä koko näköjärjestelmän toimintaa mittaavia havaintopsykologisia kokeita identtisissä olosuhteissa aivan havaintokyvyn äärirajoilla. Näin pystyttiin ensimmäistä kertaa yhdistämään ihmisen tietoinen näköhavainto suoraan verkkokalvon tiettyjen hermosolujen toimintaan.

– Ennen kaikkea pystyimme osoittamaan, että himmeiden valojen koodaamiseen osallistuvat juuri tietyntyyppiset verkkokalvon ulostulohermosolut eli gangliosolut. Tämä tulos paljastaa verkkokalvon sisäisen työnjaon täsmällisesti yhdessä näkötehtävässä, summaa Ala-Laurila.

Hyötyä verkkokalvoproteesien kehityksessä

Näkösairaudet aiheuttavat muutoksia verkkokalvon rakenteessa ja tietojenkäsittelyssä. Ymmärrys siitä, miten verkkokalvo ja aivot poistavat hermostollista kohinaa, voi auttaa suunnittelemaan tehokkaampia hoitomenetelmiä. Tutkimuksen tulokset voisivat auttaa jatkossa parantamaan tietyn tyyppisten näkövammojen havaitsemista ja diagnostiikkaa sekä luomaan pohjaa ymmärrykselle, miten aivot lukevat verkkokalvon koodia solutyyppispesifisesti. Tämä tieto on erityisen tärkeää verkkokalvoproteesien kehittäjille.