与前两种细胞不同,ipRGCs是非成像细胞,它们并不负责让我们“看”到多彩的世界,只能感受光强。ipRGCs通过视网膜下丘脑神经束(RHT),将信号传至下丘脑内的视交叉上核(suprachiasmatic nucleus)。
视交叉上核位于视交叉(来自双眼的视神经交叉处形成的X状结构)上方、第三脑室两侧,每侧各含约1万个神经元。虽然和整个大脑的140亿个神经元相比,这个微小的结构显得毫不起眼,但它却是我们生物节律的指挥中心。
视交叉上核在脑部的位置。
视交叉上核内部存在着一套反馈循环的分子机制,可以自发、持续地进行节律新的活动,相当于一只天然的“时钟”。而且,视交叉上核还通过投色到控制唤醒、睡眠、神经内分泌、自主神经系统等区域的神经,协调存在于这些区域的节律,让全身的生物钟同步走,所以它就像是人体节律的起搏器,帮助我们的身体从日出日落之中,获得24小时的节律(不同的人节律周期会略有差别)。
蓝光成为罪魁祸首
提到蓝光的危害,就不得不介绍常常和睡眠问题同框出镜的另一大明星——褪黑素(melatonin)。褪黑素是脑部松果体分泌的一种机素,可以调控昼夜节律。光照会抑制褪黑素分泌,这一过程受到了视交叉上核的调控。在自然状态下,日落后不久我们体内褪黑素的分泌就开始增加,在凌晨2点-4点时达到峰值,随后便逐渐降低,每天都会呈现出这样的周期新变化。体内褪黑素含量的周期变化也常常作为反映昼夜节律的指标。
一天中体内褪黑素水平的变化请况。
从20多年前起,就有许多研究发现,相比波长更长的光和混合的白光,蓝光能更强效地抑制褪黑素的分泌和改变褪黑素分泌的节律。于是,人们开始把矛头指向蓝光。
值得一提的是,当时科学家还认为,人体内只有视锥细胞和视杆细胞具有感光功能。但是,他们从有关褪黑素的研究发现了疑点。视杆细胞对波长约500nm的光最敏感,而视锥细胞有3种,分别对波长约430nm、530nm和560nm的光最敏感。这些研究虽然结果略有差异,但是却普遍发现波长为440~480nm的蓝光对节律的影响是最显著的,这样的作用光谱(action spectrum,光有导某种生理或化学反应的效率随光的波长而变化的曲线)和两种经典的感光细胞的特点并不相符。
于是科学家猜想,人体内还存在其他的感光细胞或蛋白质,随后的发现证实了这一点。原来,ipRGCs中存在一种特有的视黑蛋白(melanopsin),对波长约480nm(也有研究认为是460nm)的蓝光最为敏感。这样一来一切都说得通了,蓝光顺理成章地变成了扰乱我们生物钟的罪魁祸首。
几种感光SE素对不同波长光的灵敏度曲线。