约翰斯·霍普金斯大学的科学家发现了一个此前没被认识的过程,它帮助人类在出生前形成敏锐视力,也挑战了关于眼睛如何发育、已经站了大约30年的解释。研究用的是实验室培养的微型人类视网膜,结论是:一种维生素A衍生物和甲状腺激素协同作用,塑造了视网膜中央那个负责最清晰视力的小区域,叫中央凹。
研究由该校生物学副教授Robert J. Johnston Jr.主导。他说,这是理解视网膜中央内部运作的关键一步,那块区域是眼睛最要紧的部位之一,也是黄斑变性患者最先失守的地方。如果能更好地理解它、并做出能模拟其功能的类器官,希望有一天能培养并移植这些组织来恢复视力。
用类器官替代动物实验
为了研究人类视觉如何形成,团队没有完全依赖动物实验,而是用他们近几年参与开发的类器官技术:从胎儿细胞培养出微型的、类似人类视网膜的组织,它能重现发育中人眼组织的关键特征。
通过连续几个月观察这些视网膜类器官,研究者能追踪那些在孕期几乎无法观察的变化。他们关注的焦点是中央凹,也就是视网膜正中央那个极小区域。视网膜是眼球后部对光敏感的薄层,负责把光转换成大脑能解读的信号;中央凹则专门支撑精细的中心视力,能看清文字、面孔和细节。
按研究者的说法,中央凹只占视网膜很小一部分,却参与了人类大约50%的视觉感知。
蓝光细胞变成了红绿光细胞
理解中央凹的关键之一,是一类专门感光的细胞:视锥细胞。与在暗光下更重要的视杆细胞不同,视锥细胞支撑白天的视觉,也让人看见颜色。人类有三种视锥细胞,分别对蓝、绿、红不同波长最敏感,大脑通过比较它们的信号来分辨颜色。
但这三种细胞在视网膜里分布并不均匀。中央凹里有对红、绿敏感的视锥细胞,却缺少对蓝光敏感的视锥细胞,后者存在于视网膜其他区域。正是这种精确排布,造就了眼睛中央那种异常锐利的视力。几十年来,研究者一直难以解释这个格局是怎样形成的。
新发现指向一场发生在出生前的意外转变:一些最初负责探测蓝光的细胞,似乎在发育中变成了对红、绿光敏感的细胞,从而帮助搭出清晰中心视力所需的那套专门排布。这也解释了为什么长期用小鼠和鱼做模型难以推进:这些动物并不具备人类这样的视网膜组织方式。