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人和动物的视力差异 原因何在?

已有 961 次阅读 2019-6-22 21:23 |个人分类:小宇宙探索|系统分类:观点评述| 人眼, 近视, 动物视力, 视细胞, DNA

人和动物的视力差异 原因何在?

What accounts for the difference in vision between humans and animals?

都世民(Du Shimin)

鼠目寸光”这个词组是成语,它的出处:

·清·蒋士铨《桂林霜·完忠》:

“俺主公豁达大度,兼容并包, 尔反鼠目寸光、执迷不悟。”

·  平步青 《霞外攟屑·掌故·陈侍御奏折》:

为此说者,真乃鼠目寸光,误人家国,无所底止者也。

· 陈登科 《赤龙与丹凤》第一部十五:

这种鼠目寸光、有眼无珠之徒,成不了气候。

从这个成语看古人对老鼠的视力,似乎有所研究尽管传统文化中有延伸的意思,但老鼠的视力到底是不是近视?怎么界定?

这个世界上的动物,海陆空都有,怎么比较它们的视力?哪些动物是远视?哪些动物可以夜视哪些动物是近视?用什么标准衡量?它们眼睛的结构和工作机理是相同的吗

为什么要讨论老鼠的视力

最近,参考消息网201961日报道 西媒称,眼科专家警告,西班牙712岁之间的少年儿童近视率比上一代人同时期大为升高“近视被认为是患上白内障和青光眼的早期风险因素,因为一开始没有明显症状,直到失去视野的40%,症状明显而且是不能逆转的病变

美国眼科杂志《眼科学》做了全世界近视和高度近视率上升的一项调查,结果显示,2050年将有大约50亿人出现近视:其中47.6亿人患有近视(将占世界人口的49.8%);9.38亿人患有高度近视(占世界人口的9.8%)。

近年來﹐我國近視眼人數日益增加。數據顯示﹐我国现有近视人数已经超过4.5亿,其中近视高发年龄段为青少年阶段。研究显示儿童年级越高,近视患病率也越高,特别高度近视的患病率也越来越高,高度近视视网膜病变已成为我国不可逆性致盲眼病的主要原因之一。

北京协和医院眼科教授龙琴表示,与国际相比,我国各年龄段的近视发病率呈现发病年龄早、进展快、程度深的趋势。据不完全统计,小学生的发病率约30%,初中生约60%,高中生约80%,大学生约90%

有报告显示,目前中国约有7.2亿人存在视力问题,且没有得到矫正。近视正影响半数以上的10岁儿童、80%16岁少年和90%的大学生。[2-4

全球近视眼的发病率,居高不下,已经是全球流行病第3位。高发、低龄化趋势,愈加明显。解决这个问题确实有紧迫感。降低流行病近视眼发病率,应该从哪些方面解决?如果老鼠是近视,能不能从中得到启发?研究老鼠的视力,对人类的眼病有没有帮助?

老鼠的视力到底是不是近视?

老鼠的视力现在有没有人研究?确实有。研究方法各有不同,其结论也就不同。有人在宏观层面,也有人在微观层面进行研究,基本上还是属于定性的研究。建立数学模型并进行实验验证者甚少。文5]指出:

·许多种野鼠的视力很好,说它们“寸光”不对。家视力不佳,也不至于只有寸光。

·鼠在夜间活动,对光线敏感,在黑暗处,也能看见10米以内的移动物体。

·3家鼠都是全色盲

· 家鼠可识别到0.000025%的超低浓度“杀鼠灵”。家鼠的嗅觉特别灵敏,能迅速发现包装中的食物和区别食物品质。

·家鼠可利用嗅觉定位,常用尿或其它部位的腺体分泌物作标记。

·家鼠的触觉也有重要作用,往往依靠触须和身上的刚毛来保持身体与物体的距离。

老鼠的眼、耳、鼻、舌、身,这几个感官哪个最灵敏?互相之间是什么影响?如果老鼠的嗅觉特别灵敏,能够定位,那么在研究老鼠的视力时,就应该排除嗅觉定位的影响,因为老鼠不会说话,所以应该充分考虑这些因素。

研究老鼠的DNA

6]指出:加利福尼亚的研究人员对老鼠的DNA进行了研究,试图寻找盲鼠与基因的关联他们发现目前只有50%75%的遗传性眼病能被识别出来。但是,失明的老鼠让科学家们发现了数百种新基因,这些基因与视力有关联。研究人员认为,老鼠的基因与人类非常相似,他们可能用这些发现来诊断和治疗更多的遗传疾病。

加州大学伯克利分校的研究人员,将一种绿色受体基因注入盲鼠眼内,一个月后,这些小鼠就像没有视力问题的小鼠一样,轻松绕过障碍物。它们还能看到iPad上千倍范围的位移、亮度变化以及足以区分字母的微小细节。

7]指出:加州大学伯克利分校的分子和细胞生物学教授Ehud Isacoff认为,视网膜的神经退行性疾病,大多数操作是想停止或减缓退行性病变。但在几个月内恢复视觉成像,是一件令人惊奇的事情。

矫正视网膜变性的基因缺陷实际上并不容易。视网膜色素变性就有250多种不同基因突变,其中大约90%是杀死视网膜感光细胞的凶手。除了感光细胞,视网膜细胞的其他层,包括双极细胞和神经节细胞通常在人们完全失明后的几十年里仍可以保持健康,患者对光不敏感。在小鼠实验中,研究小组成功地使90%的视网膜细胞恢复对光敏感。

IsacoffFlannery等人为了逆转小鼠失明,研究人员设计了一种以视网膜神经节细胞为靶标的病毒,并将该病毒的基因加载到一种光敏受体上,即绿色(中波长)视锥蛋白。通常这种视蛋白只由视锥细胞表达,这些细胞对黄绿光敏感。病毒将基因携带到神经节细胞中,使它变得对光敏感,并能向大脑发送视觉信号。

”Flannery认为,这项研究要转化在病人身上,还有待观察。

在小鼠身上,研究人员能够将视蛋白传递给视网膜上大多数神经节细胞。人眼中含有的神经节细胞是鼠眼的数千倍,为了治疗人类,需要注射更多病毒颗粒。研究小组继续开发了增强病毒传播的方法,并希望可以传递非常高的像素。

马克斯普朗克生物学控制研究所(Max Planck Institute for Biological Cybernetics)的科学家利用微缩高速照相机和高速行为追踪技术发现,老鼠在四处跑动时两只眼睛的转动方向完全相反,一个纵向,一个横向。与人类的眼球同步转动不同,另外眼球与视网膜的间距是否相同?注入的物体会不会影响眼球的转动

一份针对老鼠两眼视野的分析结果表明,老鼠两眼朝不同方向转动排除了像人类两眼获取的视觉信息融合成一张图片的可能性。

http://www.uux.cn/viewnews-47682.html

12]指出:国内外的学者,对人的近视遗传机制的研究,做了大量的工作,但局限在单个基因上,实际上人的近视眼,是由多个基因多因子共同作用,尚未能对单个生物通道进行具体分析,要想揭示在细胞和分子层面近视遗传机制,尚有很多空白,也有诸多争议,对不同年龄段的学生,近视发病变化机制缺少更多的研究。

13]指出:研究人员在深度超过1000的海洋中,收集了101种生活在不同深度的鱼类,对其进行基因组分析,以寻找控制个体感光能力的视蛋白基因。结果显示,其中4种深海鱼类都含有至少5条视蛋白基因。而人类只有1条视蛋白基因。这些基因编码的视蛋白更是能识别不同波长的光,这些动物拥有更强的视觉。

不难看出研究视蛋白基因是必要的,它与近视有很大关系,但不能局限在单一的基因上,对多个基因多因子共同作用的分析,使问题复杂,单靠这一种方法是不够的。

研究视觉细胞(新生 衰老 死亡 修复

8]指出:

·美国国立卫生研究院研究人员通过基因疗法“重组”神经元细胞成为视杆细胞和视锥细胞(眼睛的感光结构),从而逆转实验小鼠的失明状况。

·这种新开发治疗方法能否让许多人恢复视力。人的细胞会不断地死亡,并被新的细胞所取代,随着年龄的增长,细胞死亡的速度加快,其替换速度将减慢。

·神经细胞不擅长再生能力,视网膜神经细胞,位于眼睛后方,视网膜细胞主要是由视杆细胞和视锥细胞构成。

·视锥细胞在眼睛疾病晚期很容易死亡,如果视杆细胞可以从眼睛内部再生,这可能是一种治疗眼病的新途径,能够显著影响光感受器。

·人类的眼睛非常善于观察远距离物体的细节和各种颜色,但是我们周边视觉和夜视能力远不如猫。

·人的眼睛不像斑马鱼那样擅长“自我维护”,即使斑马鱼的眼睛受到多次严重伤害,它们也能保持正常的视力,而人类的视杆细胞和视锥细胞随着年龄的增长而开始逐渐死亡。

斑马鱼在这方面与人不同,斑马鱼眼睛中的米勒胶细胞(Mammal glia cells)通常对光线没有反应,但需要它的时候,它们会转化为光感受器。

米勒胶细胞并不具有相同的延展性,即使它们有这种机制来促进斑马鱼眼睛的变形,也会造成一定的伤害,这可能会使该项“治疗方案”很难应用于人类。

·试图通过修复视网膜来恢复人的视力,首先激活米勒胶细胞会起到反作用,造成视网膜损伤。

·能否使用基因疗法,将开关功能植入失明老鼠的神经胶质细胞。使用基因注射疗法促使神经胶质细胞分裂,形成再生机制。

研究报告合著作者托马斯·格林威尔(Thomas Greenwell)博士称,在弱光情况下,视杆细胞将采集图像,而视锥细胞则对于细节和颜色非常敏感,它对于色觉和高视力非常重要。

仅仅因为视杆细胞在工作,并不一定意味着老鼠有完全的视觉功能。现在陈波博士和研究小组成员正在让老鼠通过迷宫实验,观察对于拥有最新视力老鼠的所有正确认知连接是否起到一定作用。[8

·2019-06-18,《科技日报》发表文章:“返老還童”脢讓老鼠重返青春”。文章指出:美國和日本科學家最新研究發現﹐“細胞外煙酰胺磷酸核糖轉移脢”(eNAMPT不僅能延長小鼠的壽命﹐還逆轉了老鼠身體機能的衰老。老鼠被注射了eNAMPTeNAMPT脢可以產生NAD。他們還發現﹐體內eNAMPT量越高的年長老鼠﹐比體內缺乏eNAMPT的年長老鼠的壽命更長。為了保持老鼠體內脢的數量﹐研究團隊對老鼠進行了基因操作﹐結果顯示﹐即使是高齡老鼠﹐身體活動水平也年輕了。相當於人從50多歲重返20多歲。此外﹐實驗鼠在睡眠質量﹑學習能力﹑記憶能力和視網膜細胞能力等方面也保持了較高水平。

如上所述,在细胞层面,对细胞的生、死、衰老进行研究,以寻求对视网膜细胞的修复和再生,这种方法能否解决近视问题?在眼球和视网膜之间,注入病毒、DNA、纳米颗粒等方法,能否找到一条解决近视的有效方法

研究动物视觉感知光谱范围913

9]指出:

· 光谱区大约在400-700nm之间,这是由眼睛视网膜里感光细胞中的感光蛋白所固有的物理化学特性所决定的。

· 生物进化历程中,没有出现任何基于感光蛋白的能够感知大于700 nm的红外光的动物感光细胞。个别动物如部分蛇类的红外线感知能力是通过温度感知实现的。13]与9]看法不太一致,这是因为人类对各种动物的研究尚不够深入,也由于人类不能到的地方,出现了这种情况。

· 利用一种可吸收红外光的上转换纳米颗粒,注入动物视网膜中,以实现红外视觉感知。这一种裸眼无源红外视觉拓展技术,是中国科大薛天教授研究组同美国马萨诸塞州州立大学医学院(University of Massachusetts Medical School)韩纲教授研究组合作研制。这种注入方法与上面注入其他物质有类似之处,笔者认为用这种方法在老鼠眼睛上做试验,与人眼有很大的距离,不能够过早加以推论,不能够认为这种方法可以让盲人复明

 

·体外感光细胞单细胞光电生理记录证实,这种纳米材料确实可以吸收红外光后激发小鼠视杆细胞电活动。为了缩短纳米颗粒与感光细胞的距离,从而提高红外敏感度,并使纳米颗粒能够长时间的留存在视网膜感光细胞层,研究人员发展了一种特异表面修饰方法,使其可以与感光细胞膜表面特异糖基分子紧密连接,从而牢牢地贴附在感光细胞感光外段的表面。这样修饰后的纳米颗粒成为一种隐蔽的、无需外界供能的“纳米天线”,研究人员给这种内置的“纳米天线”命名为:pbUCNPs (photoreceptor-binding Upconversion Nanoparticles),即视网膜感光细胞特异结合的上转换纳米颗粒。

·应当指出,这里所说的内置的“纳米天线”,实际上不是纳米颗粒,而是视杆细胞本体。研究人员只改变了视感细胞的涂层。纳米颗粒并不是“纳米天线”,他没有自己的信息通道。

·研究人员还通过多种神经视觉生理实验,从单细胞电生理记录,在体视网膜电图(ERG)和视觉诱发电位(VEP),到多层面的视觉行为学实验,证明了从外周感光细胞到大脑视觉中枢,视网膜下腔注射pbUCNP纳米颗粒的小鼠,不仅获得感知红外线的能力,还可以分辨复杂的红外图像。

笔者对这个实验感到有些不解,这里所说的单细胞的实验,是利用什么设备进行?是利用人工智能技术吗?这单细胞是怎么产生的?如果是在视网膜的群体内,怎么操作这单细胞?如果不是,这单细胞是从哪里来的?另外,对单细胞的光学实验,是电磁波实验,光源与细胞的距离是多少?红外光辐照单细胞是粒子还是波?文中所说的测试方法,不太符合电磁波实验,所以令人不解

·获得红外视觉的同时,小鼠的可见光视觉没有受到影响。而且令人兴奋的是动物可以同时看到可见光与红外光图像。

·纳米颗粒注射到小鼠眼底,10周内小鼠都具有红外光感,在日光下能区分物体的形状。该工作可以将980nm的红外光转变为535nm的绿光。

·研究人员发现pbUCNPs纳米材料具有良好的生物相容性。

·从分子、细胞到组织器官以及动物行为的检验证明,pbUCNPs纳米材料可长期存在于动物视网膜中发挥作用,而对视网膜及动物视觉能力均没有明显负面影响。

这里所说的长时间是什么概念?如果用到人的眼睛,能够用几十年吗

·在行为学表现上,眼底注射了纳米颗粒的小鼠能对红外光产生缩瞳反射,并识别明暗箱中的明区和暗区,证明纳米颗粒能使小鼠感知红外光。此外,通过包含红外光图像的水迷宫等行为学实验,证明纳米颗粒还能在可见光的环境中使小鼠区分不同形状的红外图像。

利用纳米技术,能否降低近视眼的发病率?在眼球和视网膜之间,是眼科的研究盲区,无论注入什么物质,都应该考虑眼球的转动,因为注入的量是多少?这些物质的分布是否均匀?对视觉系统的影响,是一个复杂问题![11

解决人眼近视的几点想法

解决人眼近视的几个问题

1什么是近视眼?

近视就是看近很清楚,看远不清楚,需要配近视镜。然后通过眼镜才能看清楚远处。近视眼分为两种,一种是生理性的近视眼,另外一种是病理性的近视眼。生理性的近视眼一般到十八岁基本就不发展了,这时可以选择配眼镜。病理性近视眼一直都在发展度数可以达到几千度。

https://www.iqiyi.com/v_19rr2tbhus.html

2近视眼是怎样形成的?

· 近视眼的形成原因是很复杂的,近百年来,国内外许多学者对近视的研究日益深入,已取得了很大的成绩。下面将有关近视形成的主要原因概述如下:

· 青少年近视眼的形成原因很多,但大多数人认为是后天(即环境因素)形成的,也就是说近视的发生和发展与近距离作业有着密切关系。

· 近百年来,各国学者对近视眼的成因进行了大量的研究,比较一致地认为后天(即环境因素)在近视眼的发生和发展上起着重要作用,学习环境中照明标准达不到要求,课桌椅不符合卫生标准,课业过重,只求升学率不注意用眼卫生,使近视眼发生率增高。

· 即使双生子之间,同一民族之间,在校学生和未就学的青年之间屈光差别很大,还有父母都无近视,但他们的下一代(20岁左右)竟有65—-88%的人发生近视,都说明了后天因素对近视成因的影响。

· 也有认为近视与先天遗传有关。但是较少见。

https://yuedu.baidu.com/chapter/f7eefe35fab069dc5122014a/365f315f375f31

3)人眼结构及其工作机理的研究要不要重新审视?

提出这个问题有以下理由

科学家麦克斯韦,在100多年前就已经对鱼眼进行研究,100多年来,多个学科已经证实,鱼的眼球是水晶球,是变折射率的球形透镜。因此,在眼球内电磁波不能用直线表示。科普文章[4]中的几个图,描述是有问题的,光学和电磁学已经否定了这种解读,这一结论,尚不能被医学和生物学的专家们接受,其原因是人戴上眼镜,可以比原来更清楚,如何解决这些问题?是否能够用变折射率的球形透镜再加上眼镜的镜片,调整镜片的距离和曲率,进行实验研究。另外,对视觉细胞与眼球的距离进行试验研究,因为现在有的专家,用纳米颗粒注射到这一个间隙里,就会带来视力的改变。[11

4人与其他动物视力差异,原因何在?

对动物眼睛进行研究,实际上是跨学科。单纯比较动物的视力差异,研究者甚少,也缺乏标准。无论是从细胞层面还是宏观层面,视觉感官的差异肯定存在,这些差异与近视的关联不很明朗,比如眼球的大小,视细胞的形状、尺寸、数量及其分布,眼球与视网膜的距离,眼球的转动与否,视色素的变化等因素的比较。需要不需要深入的研究?

5人与人之间的视力差异,原因何在?

通常人们的体检,对视力的检查是用视力表,能否看清字母?既取决于视力的距离,也取决于分辨率。医学上测试,距离一定,单眼观看,光线强度差不多,有时分辨率相差很大,

有的人可以看1000米的距离,通常人们的检测,不到10米。视力的距离如此差别之大,其原因是什么?用照相机的原理能解释吗?人与人的差别又不可能通过实验比较,给出视觉感官构造的差异,对于机理上的差异更是搞不清楚。

6流行病近视眼的发病率居高不下主要原因是什么?

给流行病近视眼的病因分析,主要有近距离阅读,作业繁重,缺少户外活动,与电子视频的接触时间,基因遗传,饮食,生活规律,眼睛与内脏器官的关联,与经络的关系等因素有关,最主要的是什么呢?对不同的人这个主要因素相同吗?

7人与动物的视觉视距、夜视、色感、分辨率差异的原因是什么?

人与各种动物的眼睛不同,无论是宏观还是微观,都可以找出差异,也有类似的地方,目前的单眼研究比较多,对双眼协同工作研究甚少,这个问题与分辨率有没有关系?该如何解读?因为视网膜上两眼之间的连接,目前找不到相关资料,无法讨论。所以对大脑神经中枢的成像问题,实际上不清楚。反馈通道也不明确。

8人眼的近视怎么解决?要不要多学科共同研究?如何研究?

综上所述,降低人眼近视的发病率,单纯上述简单的讨论和已有的结论,很难想象有巨大的突破,而且这是全球性的问题,到底是投资资金不够,还是研究人员的不关注,按理说这个市场很大,不是佩戴眼镜就能解决的,也不是用电极的方法就能够去掉视网膜细胞,人眼也不是生化装置,单纯的化学研究是不够的。如果说用多学科研究,怎样综合是个难题?希望有关方面加以关注。

参考文献

1鼠目寸光,来源:百度百科词条。

http://www.guoxuedashi.com/diangu/71750c/[shǔ mù cùn guāng] 

https://baike.baidu.com/item/鼠目寸光/1487464?fr=aladdin

2眼科专家警告:全球青少年近视发病率升高且日渐低龄化”,来源:参考消息网,201961

http://www.cankaoxiaoxi.com/science/20190601/2381753_2.shtml)

3美媒:解决近视,中国可学学卢旺达”,来源:环球时报2018-11-17 。

4]我国近视患病人数超过4.5亿 居世界首位来源:央广网,新华网客户端,2018-06-05

张红,保护视力从正确认识眼睛开始”,《科普时报》,第89期,2009614日。

5寒流来袭,老鼠视力的有效距离是多少 2018-03-09

 https://zhidao.baidu.com/question/281718037.html

6]失明的老鼠帮助科学家发现视力丧失背后的基因来源:北大新媒体,20181229日。http://www.looooker.com/archives/62554

7一个简单的单基因插入,失明小鼠恢复了视力来源:生物通20190319 http://www.ebiotrade.com/newsf/2019-3/2019318150420192.htm

8]失明老鼠恢复视力?科学家这项研究厉害了来源:网易科技,2018-08-28

https://news.china.com/discovery/13001650/20180828/33711271_1.html

9专家点评Cell丨突破动物视觉感知物理极限,中国科大薛天组等首次实现哺乳动物裸眼红外光感知和红外图像...来源:生物 医药,2019-03-04

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30101-1

102019-06-18,“返老還童”脢讓老鼠重返青春”,來源﹕科技日报,2019-06-18

11都世民,多学科论眼”,中国知网CNKI大诚编客网页,2019-03-08.

http://z.bianke.cnki.net/collection/2035310
12]方 ,林芳宇,韓伟,“近视眼遗传机制研究现状与展望”,[J],医学分子生物学杂志,2014112)。

13科学家发现拥有超级视力的深海鱼类来源环球科学(huanqiukexue.com),20190510 

https://huanqiukexue.com/a/qianyan/shengwu__yixue/2019/0510/28257.html

14!indan9997动物眼睛的微观之美

http://www.360doc.com/content/13/0510/06/535749_284288449.shtml

15 Chen-yuti…,奇妙的动物眼睛-自然排行榜- 科技中国——欢迎光临全球最大的互联网博物馆 -全球第一互联网...

http://www.360doc.com/content/09/1215/20/434527_11207898.shtml

16深情对望,近距离看动物的眼睛

http://www.360doc.com/content/11/1018/00/1723085_157034704.shtml

 




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