寻找第三种感光细胞

从19世纪中叶开始，人们就一直认为视网膜中只有视杆和视锥这两类光感受器，但是现在知道事情并非如此。

故事得从1923年讲起。当时有一位哈佛大学研究生基勒（Clyde Keeler），正在对各种动物的眼睛做比较研究。他在自己的宿舍房间里养了一窝小鼠。有一次他把小鼠的眼睛放到显微镜下观察，结果发现有些事情不太对头，在这只眼睛里没有视杆和视锥。由于遗传突变，他饲养的小鼠中有一半没有视杆和视锥！根据当时的知识得出的结论是：这些小鼠是瞎的。

现在已经无法知道是什么原因让基勒产生了这个奇怪的念头：光照这些盲鼠的眼睛！这不简直就是白费劲么？然而，奇迹真就发生了，当光照进小鼠眼睛的时候，其瞳孔竟然收缩起来！于是，基勒认为小鼠并非完全“失明”，肯定还存在一种与看东西无关的感光细胞。但是，他的这一发现受到大多数视觉科学家的嘲笑，因无人理会而沉寂了70多年。

斗转星移，时间到了20世纪90年代初，英国神经科学家福斯特（Russell Fos⁃ter）正在研究光照如何触发昼夜节律的问题。大家都知道，我们的昼夜节律和光照周期有关，如果把一个人长期关在黑屋子里，那么他的昼夜节律就会偏离24小时。在研究过程中，福斯特想起了基勒的发现，不过这次他是通过关闭视杆和视锥发育基因的方法来产生基勒的盲鼠的。他是这样考虑的：如果光触发昼夜节律的感受器是视杆和视锥的话，那么正常鼠应该有正常的昼夜节律，而盲鼠的昼夜节律就应该有所偏离，但事情并非如此。只有当他动手术把盲鼠的两个眼睛都去掉之后，它们的昼夜节律才发生改变。因此，基勒当初认为有一种对看东西没有贡献的感光细胞的想法不应该受到嘲笑！既然这些基因突变的小鼠没有视杆和视锥，但是却依然能调整其昼夜节律，福斯特猜测：小鼠眼睛中一定还有什么别的奇特的光感受器。

但这种光感受器究竟是什么呢？正当福斯特一筹莫展之时，他以前的研究生普罗文西奥（Ignacio Provencio）作出了一项看似无关的发现。普罗文西奥当时正在研究确定一种使青蛙的皮肤细胞在光照下颜色变深的蛋白质，他把这种蛋白质定名为视黑质（melanopsin）。接着他又在青蛙的其他组织中寻找这种蛋白质，出乎意料的是，普罗文西奥竟在视网膜中找到了这种细胞，而这种细胞既非视杆，也非视锥。普罗文西奥回忆说：“我想，啊哈！我们可能终于找到了这种我们找了十年之久的神秘的光感受器了。”

普罗文西奥在大鼠和人视网膜的一小部分神经节细胞中都找到了视黑质，这种细胞被称为“内禀光敏视网膜神经节细胞”（intrinsically photosensitive retinal ganglion cells，简称ipRGCs）。人们还发现，视黑质最敏感的光是蓝光。另外，这些细胞的轴突和其他神经节细胞轴突不一样，它们终止于昼夜节律中枢上的视束交叉核（suprachiasmatic nucleus）。许多其他实验室也随着做了很多实验，确认了这种细胞在决定鼠类昼夜节律中所起的作用，谜团终于被解开了。

2007年，福斯特见到一位罕见的女病人，由于基因突变，她的视杆和视锥细胞被破坏了，但是她的神经节细胞依然完好如初。这位病人就像那些用来做实验的老鼠一样（请原谅笔者不太有礼貌的类比，如果有谁感到受到了冒犯，这绝非笔者的本意），也能根据环境的明暗周期调整睡眠模式，甚至还能感觉房间是暗还是亮，虽然她说她看不到任何光源。正是她视网膜中这一小部分有视黑质的神经节细胞使她能做到这一切。

其他实验室做的进一步研究发现，从这些含有视黑质的神经节细胞发出的神经通路不仅通向昼夜节律的调节中枢，而且还传向调节瞳孔大小、视线转移以至恐惧和痛苦的中枢。