Tutkimus: Varjoja voidaan havaita lähes pilkkopimeässä

Hiiri on hämärässä sujuvasti liikkuva eläin, joka havaitsee varjoja silmän verkkokalvon hermoverkkojen avulla. Nyt Aalto-yliopiston ja Helsingin yliopiston tutkijat ovat osoittaneet, että hiiri pystyy erottamaan varjon jopa lähes pilkkopimeässä labyrintissa. Tulokset julkaistiin juuri arvostetussa Current Biology -lehdessä.

Kokeessa tutkijat laittoivat hiiren labyrinttiin, jonka uloskäynti merkittiin mustalla, hädin tuskin ympäristön pimeydestä erottuvalla pisteellä. Tutkijat seurasivat hiiren liikkeitä labyrintissa ja mittaisivat toisessa kokeessa verkkokalvon neuronien aktiivisuutta. Tutkimus osoitti, että OFF-kanaviksi kutsutun hermoverkon toiminnasta raportoivat herkät OFF-gangliosolut reagoivat lähes olemattomaan pudotukseen valon määrässä – eli ympäristöä mustempaan pisteeseen.

“Hiiret pystyvät havaitsemaan käytännössä olemattomia varjoja – vain muutaman fotonin ero jopa noin tuhannen verkkokalvon sauvasolun joukossa riittää varjon havaitsemiseen”, sanoo tutkimusta johtanut professori Petri Ala-Laurila.

”Kyky johtuu todennäköisesti siitä, että hiirten ja muiden nisäkkäiden on ollut evoluutiossa tärkeä kehittää näitä mekanismeja selvitäkseen hengissä ja oppiakseen välttämään petoja hyvin pimeissä oloissa.”

Täydellisiä varjonpaljastajia

Tutkimus on jatkoa Ala-Laurilan ryhmän aiemmille tutkimuksille, joissa he selvittivät hiirten kykyä havaita äärimmäisen heikkoja valonhäivähdyksiä ON-kanavasolujen avulla.

”Nyt hypoteesimme oli, että varjon kohtaaminen näkyisi herkimpien OFF-solujen aktiivisuuden kiihtymisenä”, Ala-Laurila sanoo.

Tutkimusryhmä laski työssä myös teoreettisen rajan varjojen havaitsemiselle. Raja perustuu valoa vastaanottavien solujen ominaisuuksiin sekä hermoratoihin. Hiiret ylsivät äärimmäisen lähelle tuota rajaa.

“Tarkka mallimme osoittaa, että sekä näön ohjaama käyttäytyminen että kaikkein herkimmät OFF-kanavasolut ovat lähes täydellisiä varjonpaljastajia”, sanoo tutkijatohtori Johan Westö, toinen artikkelin ykköskirjoittajista.

Natalia Martyniuk, artikkelin toinen ykköskirjoittaja, kertoo, että näköaistin herkkyys teki koeasetelmasta haastavan.

”Näköaisti on niin herkkä pienille varjonaavistuksillekin, että koe oli teknisesti hyvin haastava toteuttaa.”

Havainnot osoittavat, että valon tulkitseminen on useiden verkkokalvon solutyyppien yhteispeliä. Eri solutyypeillä on oma spesifinen tehtävänsä. Ala-Laurila kuvaa verkkokalvoa ikään kuin esilaskijaksi, joka käsittelee silmien kautta tulevan datan niin, että aivojen on se helpompi sulattaa.

Hiiren verkkokalvon hermoverkot, jota syöttävät informaatiota soluille, ovat hyvin himmeissä valoissa lähes identtisiä ihmisten vastaavien hermoverkkojen kanssa. Ala-Laurila uskookin, että tutkimustuloksia voidaan jatkossa hyödyntää kliinisten sovellusten kehittämisessä. Monet näköön liittyvät sairaudet syntyvät juuri tietyissä verkkokalvon soluissa, ja hyvin pienillä valomäärillä tehtävät testit voisivat auttaa löytämään ne tarkemmin ja varhaisessa vaiheessa.

Lue lisää tutkimusryhmän aiemmista tutkimuksista

Pilkkopimeässä tehty tutkimus valaisee aivojen toimintaa ennennäkemättömällä tarkkuudella (aalto.fi)
Hiiri löytää himmeän valon tehokkaammin yöaikaan (aalto.fi)

Tietoa eläinten käyttämisestä tutkimuksessa (aalto.fi)