ЭФФЕКТ «МЕЛАНОПСИНОВОГО КРЕСТА» В

ЭФФЕКТ «МЕЛАНОПСИНОВОГО КРЕСТА»
В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕМ ОСВЕЩЕНИИ
ДЕЙНЕГО В.Н. ООО «НОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
СВЕТ И ЗРЕТИЛЬНАЯ СИСТЕМА ЧЕЛОВЕКА
Зрачком называют отверстие в центре
радужной оболочки, через которое лучи света
проходят внутрь глаза. Зрачок повышает
четкость
изображения
на
сетчатке,
увеличивая
глубину
резкости
глаза
Зрительная система дает мозгу
более 90% сенсорной информации.
Зрение — многозвеньевой процесс,
начинающийся
с
проекции
изображения на сетчатку. Затем
происходят
возбуждение
фоторецепторов,
передача
и
преобразование
зрительной
информации в нейронных слоях
зрительной
системы,
а
заканчивается
зрительное
восприятие принятием высшими
корковыми отделами этой системы
решения о зрительном образе
Слепящая яркость света. Слишком яркий свет вызывает неприятное
ощущение ослепления. Верхняя граница слепящей яркости зависит от
адаптации глаза: чем дольше была темновая адаптация, тем меньшая
яркость света вызывает ослепление
D- диаметр зрачка зависит от …………….
ОНИ ЖИЛИ В ГАРМОНИИ
1 000 000 лет
ГЛАЗ АДАПТИРОВАЛСЯ
И ФОРМИРОВАЛ ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЩИТЫ ОТ
СОЛНЕЧНОГО СВЕТА
АНАЛИЗ СПЕКТРОВ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА С УЧЕТОМ МЕХАНИЗМОВ
УПРАВЛЕНИЯ ДИАМЕТРОМ ЗРАЧКА ГЛАЗА
ТЕОРИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЗРАЧКОМ ГЛАЗА ДО ОТКРЫТИЯ РОЛИ
МЕЛАНОПСИНА В ЭТОМ ПРОЦЕССЕ
Вклад зрачка в регулировку чувствительности глаза крайне незначителен. Весь диапазон
яркостей, которые наш зрительный механизм способен воспринять, огромен: от 10−6 кд*м² для
глаза, полностью адаптированного к темноте, до 106 кд*м² для глаза, полностью
адаптированного к свету, или на 12 порядков яркости![8].[9] Механизм этой «регулировки»
кроется в разложении и восстановлении фоточувствительных пигментов в фоторецепторах
сетчатки — колбочках и палочках.
Просвет зрачка. Величина зрачка определяет
количество проходящего через него света, она
меняется в зависимости от освещенности. Эта
зрачковая
реакция
представляет
собой
регуляторный механизм, снижающий количество
света, падающего на сетчатку при сильном
освещении за счет уменьшения размера зрачка.
Диаметр зрачка может меняться от 1,5 мм на
свету до 8 мм в темноте, что изменяет количество
света, проникающего в глаз, в 30 раз.
Зрачок - отверстие в радужке , через которое свет проникает в глаз . Обычно зрачки обоих глаз
имеют круглую форму и одинаковый диаметр. Средний диаметр зрачка уменьшается с
возрастом . При постоянном внешнем освещении количество света, попадающее в глаз за
единицу времени, пропорционально площади зрачка. При снижении интенсивности внешнего
освещения зрачок рефлекторно расширяется. При освещении только одного глаза его зрачок
через 0,3 - 0,8 секунд сократится (прямая реакция на свет). Сократится и зрачок
неосвещенного глаза (содружественная реакция на свет). Реакция на свет является полезным
регуляторным механизмом, так как в условиях слишком яркого освещения уменьшается
количество света, попадающего на сетчатку , тогда как при слабом освещении за счет
расширения зрачка количество света увеличивается. В этой регуляторной цепи с
отрицательной обратной связью датчиком являются рецепторы сетчатки , а объектом
регуляции - диаметр зрачка. У молодых людей диаметр зрачка может изменяться от 1,5 до 8
мм, что приводит к изменению уровня освещенности сетчатки примерно в 30 раз.
В 1991 году были открыты особые светочувствительные ганглионарные клетки типа ipRGC
(intrinsically photosensitive retinal ganglion cells), или mRGC (melanopsin-containing retinal ganglion
cells). Они, в отличие от ранее известных ганглионарных клеток, содержат светочувствительный
пигмент меланопсин, отличающийся от других фоточувствительных пигментов глаза: родопсина
палочек и йодопсина колбочек. И этим они отличаются от других ганглионарных клеток,
находящихся в сетчатке глаза, которые не умеют реагировать непосредственно на свет. Эти
светочувствительные ганглионарные клетки — новый, третий тип фоторецепторов сетчатки
глаза, помимо известных уже в течение 200 лет палочек и колбочек. Они напрямую
возбуждаются под действием света даже при блокировании «классических» фоторецепторов
глаза — палочек и колбочек. Нервные пути от этих ганглиозных (ганглионарных) клеток ведут
порождённое в них светом возбуждение от сетчатки к гипоталамусу тремя разными путями,
обеспечивая световое управление циркадными ритмами, а также по отдельному нервному пути
обеспечивают реакцию сужения зрачка на свет.
АНАЛИЗ СПЕКТРА СВЕТА ИСТОЧНИКОВ СВЕТА С УЧЕТОМ
СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬ МЕЛАНОПСИНА ГАНГЛИОНАРНЫХ КЛЕТОК
СЕТЧАТКИ ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА
Строение сетчатки глаза
Ганглиозные клетки сетчатки — это типичные импульсные нервные
клетки. Они разнообразны по своим физиологическим свойствам,
которые определены их связями с предыдущими нейронами
сетчатки. Одни ганглиозные клетки отвечает импульсной посылкой
на увеличение освещения, другие, наоборот, тормозятся светом.
Одни клетки отвечают на постоянное освещение длительным
разрядом, другие — коротким. Есть ганглиозные клетки, кодирующие
конфигурацией разряда импульсов цвет освещения. У высших
позвоночных дальнейшая обработка зрительного изображения
происходит
в зрительных зонах коры
головного мозга.
«МЕЛАНОПСИНОВЫЙ КРЕСТ» В СПЕКТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ
МАКСИМАЛЬНОЙ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МЕЛАНОПСИНА
Пик спектральной чувствительности
рецепторов находится между
460 и 484 нм
АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МЕЛАНОПСИНА
В течение многих десятилетий, палочки и колбочки считались только фоторецепторов в сетчатке
млекопитающих. Тем не менее, Население атипичной photoreceptive сетчатки ганглия клетки (РГК)
выражает фотопигмент меланопсин и по своей природе светочувствительные (ipRGCs). Эти ipRGCs
имеют решающее значение для передачи информации свет сетчатки в мозг, чтобы контролировать
циркадные photoentrainment,
зрачкового рефлекса свет, и сон. ipRGCs были Первоначально описан как единый населения,
занятого только в сигнализации освещенности для некоммерческого формирования изображения
функции. Недавние исследования, однако, обнаружили, что ipRGCs являются неожиданно
разнообразна на молекулярном, клеточном и функциональных уровнях, и даже может быть
вовлечен в формирование изображения. В настоящем обзоре обобщены наши текущие понимание
разнообразия ipRGCs и их различные роль в регуляции поведения.
Возростающая роль меланопсина и не визуальных
опсинов на процессе управления ……..
Figure 3. ipRGC project to numerous central regions and play a role in shaping behavior. Central
projections of M1 cells include the OPN, controlling pupil constriction, and the SCN, controlling
circadian photoentrainment. Non-M1 cells, which currently includeM2–M5cells, send projections to the
LGN and are involved in a rudimentary, low-acuity visual function. Additional sites of axonal
terminations are located throughout the brain, influencing activity, sleep/wake states, nociception, and
areas implicating novel functions of these cells.
ГАРМОНИЗИРОВАННЫЙ С ИСТОЧНИКАМИ СВЕТА ЗРАЧКОВЫЙ РЕФЛЕКС ЧЕЛОВЕКА
Lamps that are in the yellow kelvin temperature range 2700-4200 use
primarily the cones in the eye. The pupil becomes enlarged to allow
more light to enter the eye, and therefore causing more muscles in the
eye to work harder to provide visual clarity. Lamps in the 5000 Kelvin
range allow the rods to work better, which in turn constricts the pupil
and allows for easier visual clarity which is a scotopic response. In
otherwords, thwo light sources can have the same photopic lumens,
but the lamps with higher scotopic values will apear to the eye as
being percieved brighter. This scotopic response reduces visual
fatigue, increase reading ability and reduces “disability glare”,
especially in the electronic office.
Лампы, которые находятся в желтом
температура кельвин диапазоне 27004200 основном используют конусы в
глаза.Ученик становится увеличенной,
чтобы больше света, чтобы войти в
глаз, и, следовательно, вызывает
больше мышц в глаза больше
работать, чтобы обеспечить четкость.
Лампы в диапазон 5000 Кельвин
позволяют стержни работают лучше,
что, в свою очередь, сужает зрачок и
облегчает
визуальную
ясность,
которая является скотопическое ответ.
В других случаях, источники света
thwo могут иметь одинаковые дневного
люмен, а лампы с более высоким
скотопическое
значения
будут
появляться, в глаза как воспринимал
ярче. Это скотопическое ответа
снижает
зрительное
утомление,
повысить способность
чтения
и
уменьшает «инвалидность блики",
особенно в электронный офис.
НОВАЯ МОДЕЛЬ ВЛИЯНИЯ МЕЛАНОПСИНА НА ПРОЦЕССЫ
ВОСПРИЯТИЯ СВЕТА
ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ МОДЕЛИ МЕЛАНОПСИНА
Относительный вклад imRGC и L+-M
общей яркости сигнала на все рецепторы
ЗАВИСИМОСТЬ ДИАМЕТРА ЗРАЧКА ОТ СТЕПЕНИ
ВОЗБУЖДЕНИЯ МЕЛАНОПСИНА
График зависимости фазового сдвига от дозы полученного света.
Доза света измеряется в десятичном логарифме количества
фотонов, попавших на единицу площади за единицу времени
(13 lg фотонов см–2·с–1 ~24 люкса для 555-нанометрового света и
~2 люкса для 460-нанометрового), а сдвиг суточных ритмов —
в часах
Mеланопсиновые клетки, и колбочки вносят свой вклад в
генерацию циркадных ритмов, только вклад этот разный: колбочки
при включении света «просыпаются» на короткое время, а затем,
даже если свет продолжает гореть, «засыпают» и не посылают в
СХЯ сигналы, приводящие к падению уровня мелатонина, а
меланопсиновые клетки, однажды «проснувшись», понижают
уровень мелатонина всё то время, что горит свет. Можно сказать,
что меланопсиновые клетки — основной «будильник» для
организма, а колбочки — дополнительный, работающий примерно
с той же силой, но ограниченное время.
В дополнение к палочек и колбочек,
человеческая
сетчатка
содержит
меланопсин , который был открыт недавно
в
теле
и
дендритах
нескольких
ганглиозных
клеток
Светочувствительность
сетчатки
ганглиозных клеток (ipRGCs) являются
хорошими кандидатами для управления
диафрагмой
зрачка. Их спектральная
чувствительность близка к стержням и Sконусам. Наше исследование направлено
на
выявление стимулов для реакции
зрачка,
когда
яркость
является
постоянной и спектр свет изменяется
Свет стенд был оснащен пятью типами
цветных светодиодов (LED): Синий,
голубой, зеленый, оранжевый и красный.
Интенсивность каждого типа светодиода
может быть скорректирована, чтобы
управлять спектром света.
Синий свет от светодиодов вызывает дозозависимое подавление мелатонина в
организме человека
Blue light from light-emitting diodes elicits a dose-dependent suppression of melatonin in humans
Где мы наблюдаем мезопическое освещение?
Наиболее актуальными мезопическое освещения
уличные и дорожные освещения и других наружного
освещения. Но и, например, аварийное освещение,
воздушным движении и в военных приложениях,
имеют большое значение.
Mesopic – combining rods and cones
Стационарные диаметра зрачка в зависимости
от сияния для различных монохроматических
длин волн.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПИКОВ
МАКСИМАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МЕЛАНОПСИНА
ПОВЫШАЯ ДОЛЮ КРАСНОГО В СПЕКТР СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА МОЖНО ИЗМЕНЯТЬ
ЗРАЧКА
ДИАМЕТР
ВСЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО УПРАВЛЕНИЮ ДИАМЕТРОМ ЗРАЧКА ПРОВОДЯТСЯ В СРАВНЕНИИ С КРАСНЫМ СВЕТОМ (640нм)
Длина волны излучения, нм
(Красная секция/Желтая/Зеленая)
615-630/588-59/495-508
PLR was measured with an eye tracker, and stimuli were
controlled with a Ganzfeld system. In experiment 1, 2.5 log cd/m2
red (640 10 nm) and blue (467 17 nm) stimuli of various durations
were presented after dark adaptation.
В дополнение к палочек и колбочек, человеческая сетчатка содержит меланопсин , который был
открыт недавно в теле и дендритах нескольких ганглиозных клеток Светочувствительность сетчатки
ганглиозных клеток (ipRGCs) являются хорошими кандидатами для управления диафрагмой
зрачка, но их спектральные чувствительность близки к стержнями и S-конусы. Наше исследование
направлено на выявление стимулов для реакции зрачка, когда яркость является постоянной и
спектр свете изменений. Свет стенд был оснащен пятью типами цветных светодиодов (LED): Синий,
голубой, зеленый, оранжевый и красный. Интенсивность каждого типа светодиода может быть
скорректирована, чтобы управлять спектром света.
ПРОЦЕСС УРПАВЛЕНИЯ ДИАМЕТРОМ ЗРАЧКА
|а. Opn4Cre/1;Brn3Z-dta/1 mice show severe deficits in the
pupillary light reflex (PLR). a, b, Representative images of PLR
from control and Opn4Cre/1;Brn3bZ-dta/1 mice. Left panels show
pupils under dark conditions,middle panels show pupils under low
light intensity (22 mWcm22) and right panels show pupils under
high light intensity (5.66mWcm22).
c, Quantification of PLR data fromcontrol (n55) and
Opn4Cre/1;Brn3bZ-dta/1
(n56) animals. ** indicates P,0.01 with one-way ANOVA. Error bars
represent s.e.m.
D- диаметр зрачка зависит от яркости и спектрального состава
света.
Оптимальное значение освещенности сетчатки глаза 6-10 лк определяется спектром
света и соблюдением требуемого уровня освещенности рабочего места (объекта).
ПРОЦЕСС УПРАВЛЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИМИ ЧАСАМИ
СУТЬ ЭФФЕКТА «МЕЛАНОПСИНОВОГО КРЕСТА»
Эффект
"меланопсинового
креста"
в
энергосберегающем освещении обусловлен :
- меланопсин эффективно управляет Д-зрачка ; .
- провал в спектре СД на 480нм приводит к
раскрытию зрачка при большой дозе синего на
460нм;.
- у ламп накаливания зрачок раскрывается
меньше и нет такой дозы синего(460нм). которая в
разы меньше чем у энергосберегающих ламп .
В диапазоне 460нм---480нм у
ЛН спектр
восходящий, а у светодиода сходящий. Это и
образует "меланопсиновый крест".
При дневном свете сигнал на 480нм большой и
соизмерим с величиной на 460нм -- зрачок имеет
мин. размер.
УРОВЕНЬ ТРЕБОВАНИЙ К ОСВЕЩЕННОСТИ
ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ СПЕКТРОМ ИСТОЧНИКА СВЕТА
Светодиодное освещение:
интеллектуальный застой,
или куда двигаться дальше?
СРАВНЕНИЕ СПЕКТРА ГАЛОГЕННОЙ ЛАМПЫ И СВЕТОДИОДНОЙ ЛАМПЫ С ДВУМЯ УДАЛЕННЫМИ
ЛЮМИНОФОРАМИ
Новая эра светодиодов от стартапа из Силиконовой долины
Для начала Soraa планирует завоевать рынок освещения магазинов, промышленных зданий и
прочих коммерческих зданий. Продукция Soraa будет служить заменой галогенных ламп MR-16.
Как выразился CEO стартапа Эрик Ким, свет – это не товар и здесь очень много проектных
деталей, определяющих результат. Soraa сравнивает себя с такими мастодонтами светодиодной
отрасли, как Philips, которые также выпускают аналоги галогенных ламп.
Конкурентными преимуществами Soraa являются более яркий белый свет и невероятно низкий
уровень энергопотребления. Светодиодные лампы Soraa, в отличие от галогенных, расходуют на
75% меньше электроэнергии и служат в 25 раз дольше. Как заявил Эрик Ким, окупаемость
использования светодиодных продуктов Soraa составляет всего лишь один год.
Основанная Сюдзи Накамура, Стив DenBaars и
Джеймс Спек, Soraa использует десятилетний
опыт
от отца современного светодиодного
освещения, Сюдзи Накамура, и выдающихся
специалистов
в
области
твердотельного
освещения из Университета Калифорнии в СантаБарбаре . Головной офис компании находится в
городе Фремонт, штат Калифорния, где появился
на свет первый в мире чип GaN на GaN ™ .
«Вольфрамовые» светодиоды излучают свет, который
почти такой же как у ламп накаливания. Они отлично
подходит для использования в бытовых и
промышленных
светильниках,
с
высокой
цветопередачей индекс (CRI ≥ 92). .
Трехцветная теория цветного зрения, основанная
Ломоносовым, потом была развита Юнгом,
Гельмгольцем и иными учеными. Согласно данной
теории в сетчатке глаза, а поточнее, в ее
центральном участке имеются три типа рецепторов,
одни из которых чувствительны к голубым
излучениям, остальные — к зеленоватым, третьи —
к красноватым. В итоге действия света на эти
элементы создаются соответственно три сигнала,
подобные
тем,
которые
получаются
при
фотографировании через голубой, зеленоватый и
красноватый светофильтры. Благодаря разнице
возбуждений 3-х нервных окончаний мы лицезреем
все обилие цветов: одни из их мы воспринимаем
голубыми, остальные — сине-зелеными и т. д. Эта
модель
цветного
зрения
применима
к
центральному участку сетчатки, где имеются лишь
колбочковые сенсоры.
ВЫВОДЫ в статье «Выбор концепции построения
безопасной и энергосберегающей системы освещения
(Не имеющий стратегии – жертва чужой тактики!)»
ПРИЛОЖЕНИЕ 1