Intrinsically photosensitive retinal ganglion cell
आंतरिक रूप से प्रकाश संवेदी रेटिना गैंग्लियन कोशिकाएं (आई. पी. आर. जी. सी.), जिन्हें प्रकाश संवेदी रेटिना गैंग्लियन कोशिकाएं (पी. आर. जी. सी.) भी कहा जाता है, या मेलेनोप्सिन युक्त रेटिना गैंग्लियन कोशिकाएं (एम. आर. जी. सी.), स्तनधारी आंख के रेटिना में एक प्रकार के न्यूरॉन हैं। (कुछ इस तरह) आई. पी. आर. जी. सी. की उपस्थिति का पहली बार 1927 में संदेह किया गया था जब रॉड रहित, शंकु रहित चूहे अभी भी पुतली संकुचन के माध्यम से एक प्रकाश उत्तेजना का जवाब देते हैं, इसका मतलब है कि रॉड और शंकु रेटिना में एकमात्र प्रकाश-संवेदनशील न्यूरॉन्स नहीं हैं। फिर भी इन कोशिकाओं पर शोध 1980 के दशक तक आगे नहीं बढ़ा। हाल के शोध से पता चला है कि ये रेटिना गैंग्लियन कोशिकाएं, अन्य रेटिना गैंग्लियन कोशिकाओं के विपरीत, एक प्रकाश-संवेदनशील प्रोटीन, मेलेनोप्सिन की उपस्थिति के कारण आंतरिक रूप से प्रकाश-संवेदनशील होती हैं। इसलिए, वे छड़ और शंकु कोशिकाओं के अलावा फोटोरिसेप्टरों के एक तीसरे वर्ग का गठन करते हैं। अवलोकन छड़ और शंकु की तुलना में, आई. पी. आर. जी. सी. अधिक धीमी गति से प्रतिक्रिया करते हैं और लंबे समय तक प्रकाश की उपस्थिति का संकेत देते हैं। वे रेटिना गैंग्लियन कोशिकाओं के एक बहुत छोटे उपसमुच्चय (~ 1 प्रतिशत) का प्रतिनिधित्व करते हैं। उनकी कार्यात्मक भूमिकाएँ गैर-छवि बनाने वाली हैं और मूल रूप से पैटर्न दृष्टि से अलग हैं; वे परिवेशी प्रकाश की तीव्रता का एक स्थिर प्रतिनिधित्व प्रदान करते हैं। उनके कम से कम तीन प्राथमिक कार्य हैंः वे 24 घंटे के प्रकाश/अंधेरे चक्र के लिए सर्कैडियन लय को समन्वित करने में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं, जो मुख्य रूप से दिन की लंबाई और रात की लंबाई की जानकारी प्रदान करते हैं। वे रेटिनोहाइपोथैलेमिक ट्रैक्ट (आर. एच. टी.) के माध्यम से प्रकाश जानकारी सीधे मस्तिष्क के सर्केडियन पेसमेकर, हाइपोथैलेमस के सुप्राचियास्मेटिक न्यूक्लियस को भेजते हैं। इन गैंग्लियन कोशिकाओं के शारीरिक गुण दैनिक प्रकाश प्रवेश (समन्वय) तंत्र के ज्ञात गुणों से मेल खाते हैं जो सर्कैडियन लय को नियंत्रित करते हैं। इसके अलावा, आई. पी. आर. जी. सी. एस. सी. एन.-सहानुभूति तंत्रिका परिपथ के माध्यम से बाल कूप पुनर्जनन जैसे परिधीय ऊतकों को भी प्रभावित कर सकते हैं। प्रकाश संवेदी गैन्ग्लियन कोशिकाएँ अन्य मस्तिष्क लक्ष्यों को उत्तेजित करती हैं, जैसे कि प्यूपिलरी नियंत्रण का केंद्र, मध्य मस्तिष्क का ओलिवरी प्रीटेक्टल न्यूक्लियस। वे परिवेशी प्रकाश स्थितियों के लिए पुतली के आकार और अन्य व्यवहार प्रतिक्रियाओं के विनियमन में योगदान करते हैं। वे फोटिक विनियमन और मेलाटोनिन हार्मोन की रिहाई के तीव्र फोटिक दमन में योगदान करते हैं। चूहों में, वे सचेत दृश्य धारणा में कुछ भूमिका निभाते हैं, जिसमें नियमित ग्रैटिंग, प्रकाश स्तर और स्थानिक जानकारी की धारणा शामिल है। मनुष्यों में फोटोरिसेप्टिव गैन्ग्लियन कोशिकाओं को अलग किया गया है, जहां, सर्केडियन लय को विनियमित करने के अलावा, उन्हें रॉड और शंकु फोटोरिसेप्टर के विकारों से पीड़ित रॉडलेस, कोनलेस विषयों में प्रकाश पहचान की एक डिग्री में मध्यस्थता करने के लिए दिखाया गया है। फरहान एच. जैदी और उनके सहयोगियों के काम से पता चला है कि फोटोरिसेप्टिव गैंग्लियन कोशिकाओं का मनुष्यों में कुछ दृश्य कार्य हो सकता है। फोटोरिसेप्टिव गैंग्लियन कोशिकाओं, मेलानोप्सिन का फोटोपिगमेंट, मुख्य रूप से दृश्य स्पेक्ट्रम के नीले हिस्से (~ 480 नैनोमीटर पर अवशोषण शिखर) में प्रकाश द्वारा उत्तेजित होता है। इन कोशिकाओं में फोटोट्रांसडक्शन तंत्र को पूरी तरह से समझा नहीं गया है, लेकिन अकशेरुकी रैबडोमेरिक फोटोरिसेप्टरों के समान होने की संभावना है। प्रकाश के प्रति सीधे प्रतिक्रिया करने के अलावा, ये कोशिकाएं रेटिना में सिनैप्टिक कनेक्शन के माध्यम से छड़ और शंकु से उत्तेजक और अवरोधक प्रभाव प्राप्त कर सकती हैं। मस्तिष्क के इन गैन्ग्लिया इनर्वेट क्षेत्रों के अक्षतंतु ऑब्जेक्ट रिकग्निशन से संबंधित हैं, जिसमें सुपीरियर कॉलिकुलस और डोर्सल लेटरल जेनिक्युलेट न्यूक्लियस शामिल हैं। संरचना आई. पी. आर. जी. सी. रिसेप्टर ये फोटोरिसेप्टर कोशिकाएं पूरे रेटिना और मस्तिष्क दोनों में प्रक्षेपित होती हैं। इनमें कोशिका झिल्ली के साथ अलग-अलग मात्रा में फोटोपिगमेंट मेलानोप्सिन होता है, जिसमें अक्षतंतु से लेकर ऑप्टिक डिस्क, सोमा और कोशिका के डेंड्राइट तक शामिल होते हैं। आई. पी. आर. जी. सी. में न्यूरोट्रांसमीटर ग्लूटामेट, ग्लाइसिन और जी. ए. बी. ए. के लिए झिल्ली रिसेप्टर्स होते हैं। प्रकाश संवेदी गैन्ग्लियन कोशिकाएँ विध्रुवीकरण द्वारा प्रकाश का जवाब देती हैं, इस प्रकार वे उस दर को बढ़ाती हैं जिस पर वे तंत्रिका आवेगों को आग लगाती हैं, जो अन्य फोटोरिसेप्टर कोशिकाओं के विपरीत है, जो प्रकाश की प्रतिक्रिया में अतिध्रुवीकरण करती हैं। चूहों पर किए गए अध्ययनों के परिणामों से पता चलता है कि आई. पी. आर. जी. सी. के अक्षतंतु अनमाइलिनेटेड हैं। मेलानोप्सिन अन्य फोटोरिसेप्टर वर्णकों के विपरीत, मेलानोप्सिन में उत्तेजक फोटोपिगमेंट और फोटोआइसोमरेज़ दोनों के रूप में कार्य करने की क्षमता होती है। रॉड कोशिकाओं और शंकु कोशिकाओं में दृश्य ऑप्सिन के विपरीत, जो प्रकाश संवेदी 11-सिस-रेटिना में ऑल-ट्रांस-रेटिना को वापस रिचार्ज करने के लिए मानक दृश्य चक्रों पर निर्भर करते हैं, मेलानोप्सिन ऑल-ट्रांस-रेटिना को 11-सिस-रेटिना में आइसोमेराइज़ करने में सक्षम है जब किसी अन्य फोटॉन के साथ उत्तेजित किया जाता है। इसलिए एक आई. पी. आर. जी. सी. इस रूपांतरण के लिए मुलर कोशिकाओं और/या रेटिना वर्णक उपकला कोशिकाओं पर निर्भर नहीं करता है। मेलानोप्सिन के दो आइसोफॉर्म अपनी वर्णक्रमीय संवेदनशीलता में भिन्न होते हैं, क्योंकि 11-सिस-रेटिना आइसोफॉर्म प्रकाश की छोटी तरंग दैर्ध्य के लिए अधिक प्रतिक्रियाशील होता है, जबकि ऑल-ट्रांस आइसोफॉर्म प्रकाश की लंबी तरंग दैर्ध्य के लिए अधिक प्रतिक्रियाशील होता है। आई. पी. आर. जी. सी. पारस्परिक सिनेप्स के माध्यम से डोपामिनर्जिक एमाक्राइन कोशिकाओं (डी. ए. कोशिकाओं) के लिए पूर्व और उत्तर-सिनेप्टिक दोनों होते हैं, जिसमें आई. पी. आर. जी. सी. डी. ए. कोशिकाओं को उत्तेजक संकेत भेजते हैं, और डी. ए. कोशिकाएं आई. पी. आर. जी. सी. को अवरोधक संकेत भेजती हैं। इन अवरोधक संकेतों को जी. ए. बी. ए. के माध्यम से मध्यस्थता की जाती है, जो डोपामाइन के साथ डी. ए. कोशिकाओं से सह-मुक्त होता है। डोपामाइन आई. पी. आर. जी. सी. में मेलेनोप्सिन प्रतिलेखन को विनियमित करके प्रकाश-अनुकूलन प्रक्रिया में कार्य करता है और इस प्रकार फोटोरिसेप्टर की संवेदनशीलता को बढ़ाता है। डी. ए. ऐमाक्राइन कोशिका अवरोध के समानांतर, सोमाटोस्टैटिन-मुक्त करने वाली ऐमाक्राइन कोशिकाएं, जो स्वयं डी. ए. ऐमाक्राइन कोशिकाओं द्वारा बाधित होती हैं, आई. पी. आर. जी. सी. को रोकती हैं। आई. पी. आर. जी. सी. डेंड्राइट्स के लिए अन्य सिनैप्टिक इनपुट में शंकु द्विध्रुवी कोशिकाएं और छड़ द्विध्रुवी कोशिकाएं शामिल हैं। आउटपुट आई. पी. आर. जी. सी. का एक पोस्टसिनेप्टिक लक्ष्य हाइपोथैलेमस का सुप्राचियास्मेटिक न्यूक्लियस (एस. सी. एन.) है, जो एक जीव में सर्कैडियन घड़ी के रूप में कार्य करता है। आई. पी. आर. जी. सी. पिट्यूटरी एडेनिलिल साइक्लेज-एक्टिवेटिंग प्रोटीन (पी. ए. सी. ए. पी.) और ग्लूटामेट दोनों को एस. सी. एन. पर एक मोनोसाइनेप्टिक कनेक्शन के माध्यम से छोड़ते हैं जिसे रेटिनोहाइपोथैलेमिक ट्रैक्ट (आर. एच. टी.) कहा जाता है। ग्लूटामेट का एससीएन न्यूरॉन्स पर एक उत्तेजक प्रभाव पड़ता है, और पी. ए. सी. ए. पी. हाइपोथैलेमस में ग्लूटामेट के प्रभाव को बढ़ाता प्रतीत होता है। आई. पी. आर. जी. सी. के अन्य पोस्ट सिनेप्टिक लक्ष्यों में शामिल हैंः इंटरजेन्टिकुलेट पत्रक (आई. जी. एल.), थैलेमस में स्थित न्यूरॉन्स का एक समूह, जो सर्केडियन प्रवेश में भूमिका निभाता है; ओलिवरी प्रीटेक्टल न्यूक्लियस (ओ. पी. एन.), मध्य मस्तिष्क में न्यूरॉन्स का एक समूह जो प्यूपिलरी लाइट रिफ्लेक्स को नियंत्रित करता है; वेंट्रोलेटरल प्रीऑप्टिक न्यूक्लियस (वी. एल. पी. ओ.), जो हाइपोथैलेमस में स्थित है और नींद के लिए एक नियंत्रण केंद्र है; एमिगडाला। विभिन्न फोटोरिसेप्टर नॉकआउट चूहों का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने प्यूपिलरी लाइट रिफ्लेक्स (पी. एल. आर.) के क्षणिक और निरंतर संकेत दोनों में आई. पी. आर. जी. सी. की भूमिका की पहचान की है। क्षणिक पी. एल. आर. मंद से मध्यम प्रकाश तीव्रता पर होता है और रॉड कोशिकाओं में होने वाले फोटोट्रांसडक्शन का परिणाम है, जो आई. पी. आर. जी. सी. पर सिनैप्टिक इनपुट प्रदान करता है, जो बदले में मध्य मस्तिष्क में ओलिवरी प्रीटेक्टल नाभिक को जानकारी देता है। क्षणिक पी. एल. आर. में आई. पी. आर. जी. सी. से मध्य मस्तिष्क तक सूचना के प्रसारण में शामिल न्यूरोट्रांसमीटर ग्लूटामेट है। उज्ज्वल प्रकाश की तीव्रता पर निरंतर पी. एल. आर. होता है, जिसमें आई. पी. आर. जी. सी. को इनपुट प्रदान करने वाली छड़ का फोटोट्रांसडक्शन और मेलेनोप्सिन के माध्यम से आई. पी. आर. जी. सी. का फोटोट्रांसडक्शन दोनों शामिल होते हैं। शोधकर्ताओं ने सुझाव दिया है कि निरंतर पी. एल. आर. में मेलेनोप्सिन की भूमिका रॉड कोशिकाओं के विपरीत प्रकाश उत्तेजनाओं के अनुकूलन की कमी के कारण है, जो अनुकूलन प्रदर्शित करते हैं। निरंतर पी. एल. आर. को पी. ए. सी. ए. पी. द्वारा आई. पी. आर. जी. सी. से स्पंदनशील तरीके से जारी किया जाता है। चेतन दृष्टि में संभावित भूमिका रॉड रहित, शंकु रहित मनुष्यों के साथ प्रयोगों ने रिसेप्टर का अध्ययन करने के लिए एक और संभावित भूमिका की अनुमति दी। 2007 में, फोटोरिसेप्टिव गैन्ग्लियन कोशिका के लिए एक नई भूमिका पाई गई। जैदी और उनके सहयोगियों ने दिखाया कि मनुष्यों में रेटिना गैंग्लियन कोशिका फोटोरिसेप्टर सचेत दृष्टि के साथ-साथ गैर-छवि बनाने वाले कार्यों जैसे सर्केडियन लय, व्यवहार और प्यूपिलरी प्रतिक्रियाओं में योगदान देता है। चूंकि ये कोशिकाएं ज्यादातर नीली रोशनी के प्रति प्रतिक्रिया करती हैं, इसलिए यह सुझाव दिया गया है कि उनकी मध्यदर्शी दृष्टि में भूमिका है और रॉड (डार्क) और शंकु (लाइट) प्रकाश दृष्टि के साथ विशुद्ध रूप से डुप्लेक्स रेटिना का पुराना सिद्धांत सरल था। जैदी और उनके सहयोगियों के रॉडलेस, कोनलेस मानव विषयों के साथ काम करने से गैंग्लियन सेल फोटोरिसेप्टर के लिए छवि बनाने (दृश्य) भूमिकाओं के द्वार भी खुल गए हैं। यह खोज की गई कि दृष्टि के लिए समानांतर मार्ग हैंः एक क्लासिक रॉड-और शंकु-आधारित बाहरी रेटिना से उत्पन्न होता है, दूसरा आंतरिक रेटिना से उत्पन्न होने वाला एक अल्पविकसित दृश्य चमक डिटेक्टर है। ऐसा लगता है कि बाद वाला पहले वाले से पहले प्रकाश द्वारा सक्रिय होता है। क्लासिक फोटोरिसेप्टर भी नए फोटोरिसेप्टर प्रणाली में फ़ीड करते हैं, और फोस्टर द्वारा सुझाए गए रंग की स्थिरता एक महत्वपूर्ण भूमिका हो सकती है। रॉडलेस, कोनलेस मानव मॉडल के लेखकों द्वारा यह सुझाव दिया गया है कि रिसेप्टर कई बीमारियों को समझने में सहायक हो सकता है, जिसमें दुनिया भर में अंधेपन के प्रमुख कारण जैसे ग्लूकोमा, एक बीमारी जो गैंग्लियन कोशिकाओं को प्रभावित करती है। अन्य स्तनधारियों में, प्रकाश संवेदी गैन्ग्लिया की सचेत दृष्टि में वास्तविक भूमिका साबित हुई है। जेनिफर एकर एट अल द्वारा आयोजित परीक्षण। यह पाया गया कि रॉड और शंकु की कमी वाले चूहे समान रूप से चमकदार ग्रे स्क्रीन के बजाय ऊर्ध्वाधर सलाखों के अनुक्रमों की ओर तैरना सीखने में सक्षम थे। बैंगनी से नीला प्रकाश अधिकांश अध्ययनों से पता चलता है कि रिसेप्टर की चरम वर्णक्रमीय संवेदनशीलता 460 और 484 एनएम के बीच है। लॉकली एट अल। 2003 में दिखाया गया कि प्रकाश की 460 एनएम (नीली) तरंग दैर्ध्य मेलाटोनिन को 555 एनएम (हरी) प्रकाश से दोगुना दबा देती है, जो प्रकाशदर्शी दृश्य प्रणाली की चरम संवेदनशीलता है। जैदी, लॉकली और सह-लेखकों द्वारा एक रॉडलेस, कोनलेस मानव का उपयोग करते हुए, यह पाया गया कि एक बहुत ही तीव्र 481 एनएम उत्तेजना ने कुछ सचेत प्रकाश धारणा को जन्म दिया, जिसका अर्थ है कि कुछ अल्पविकसित दृष्टि का एहसास हुआ। खोज 1923 में, क्लाइड ई. कीलर ने देखा कि अंधे चूहों की आँखों में पुतलियाँ जो उन्होंने गलती से पैदा की थीं, अभी भी प्रकाश के प्रति प्रतिक्रिया करती हैं। रॉडलेस, कोनलेस चूहों की प्यूपिलरी लाइट रिफ्लेक्स को बनाए रखने की क्षमता एक अतिरिक्त फोटोरिसेप्टर सेल का संकेत थी। 1980 के दशक में, छड़ और शंकु की कमी वाले चूहों में शोध ने रेटिना में डोपामाइन के विनियमन को दिखाया, जो प्रकाश अनुकूलन और फोटोएंट्रेन्मेंट के लिए एक ज्ञात न्यूरोमॉड्यूलेटर है। 1991 में अनुसंधान जारी रहा, जब रसेल जी. फोस्टर और इग्नासियो प्रोवेन्सियो सहित सहयोगियों ने दिखाया कि फोटोएंट्रेन्मेंट, सर्केडियन लय के दृश्य ड्राइव के लिए छड़ और शंकु आवश्यक नहीं थे, न ही पिनियल ग्रंथि से मेलाटोनिन स्राव के विनियमन के लिए, छड़-और शंकु-नॉकआउट चूहों के माध्यम से। प्रोवेन्सियो और उनके सहयोगियों द्वारा बाद में किए गए काम से पता चला कि इस फोटोरेस्पोन्स की मध्यस्थता रेटिना की गैंग्लियन कोशिका परत में मौजूद फोटोपिगमेंट मेलेनोप्सिन द्वारा की गई थी। फोटोरिसेप्टरों की पहचान 2002 में समीर हटार, डेविड बर्सन और उनके सहयोगियों द्वारा की गई थी, जहां उन्हें गैन्ग्लियन कोशिकाओं को व्यक्त करने वाले मेलेनोप्सिन के रूप में दिखाया गया था, जिसमें एक आंतरिक प्रकाश प्रतिक्रिया थी और गैर-छवि बनाने वाली दृष्टि में शामिल मस्तिष्क के कई क्षेत्रों में प्रक्षेपित किया गया था। 2005 में, पांडा, मेल्यान, क्यू और उनके सहयोगियों ने प्रदर्शित किया कि मेलेनोप्सिन फोटोपिगमेंट गैंग्लियन कोशिकाओं में फोटोट्रांसडक्शन पिगमेंट था। डेनिस डेसी और उनके सहयोगियों ने पुरानी दुनिया के बंदरों की एक प्रजाति में दिखाया कि पार्श्व आनुवंशिक नाभिक (एलजीएन) में मेलेनोप्सिन को व्यक्त करने वाली विशाल गैंग्लियन कोशिकाएं प्रक्षेपित होती हैं। इससे पहले केवल मध्य मस्तिष्क (पूर्व-विवर्तनिक नाभिक) और हाइपोथैलेमस (सुप्रा-चियासमैटिक नाभिक, एससीएन) के लिए अनुमान दिखाए गए थे। हालांकि, रिसेप्टर के लिए एक दृश्य भूमिका अभी भी संदिग्ध और अप्रमाणित थी। मनुष्यों में अनुसंधान अनुसंधान मनुष्यों में रिसेप्टर का शिकार करने के प्रयास किए गए थे, लेकिन मनुष्यों ने विशेष चुनौतियों का सामना किया और एक नए मॉडल की मांग की। अन्य जानवरों के विपरीत, शोधकर्ता नैतिक रूप से छड़ और शंकु के नुकसान को आनुवंशिक रूप से या रसायनों के साथ प्रेरित नहीं कर सके ताकि सीधे गैंग्लियन कोशिकाओं का अध्ययन किया जा सके। कई वर्षों तक, मनुष्यों में रिसेप्टर के बारे में केवल निष्कर्ष निकाले जा सकते थे, हालांकि ये कभी-कभी प्रासंगिक थे। 2007 में, जैदी और उनके सहयोगियों ने रॉड रहित, शंकु रहित मनुष्यों पर अपना काम प्रकाशित किया, जिससे पता चलता है कि ये लोग प्रकाश के गैर-दृश्य प्रभावों के लिए सामान्य प्रतिक्रियाओं को बनाए रखते हैं। मनुष्यों में गैर-रॉड, गैर-शंकु फोटोरिसेप्टर की पहचान आंतरिक रेटिना में एक गैंग्लियन कोशिका के रूप में पाई गई थी जैसा कि पहले कुछ अन्य स्तनधारियों में रॉड रहित, शंकु रहित मॉडल में दिखाया गया था। यह काम दुर्लभ बीमारियों वाले रोगियों का उपयोग करके किया गया था जो क्लासिक रॉड और कोन फोटोरिसेप्टर फ़ंक्शन को मिटा देते थे लेकिन गैंग्लियन सेल फ़ंक्शन को संरक्षित करते थे। कोई छड़ या शंकु नहीं होने के बावजूद, रोगियों ने सर्केडियन फोटोएंट्रेनमेंट, सर्केडियन व्यवहार पैटर्न, मेलाटोनिन दमन और पुतली प्रतिक्रियाओं का प्रदर्शन करना जारी रखा, जिसमें पर्यावरण और प्रयोगात्मक प्रकाश के लिए चरम वर्णक्रमीय संवेदनशीलता थी जो मेलेनोप्सिन फोटोपिगमेंट से मेल खाती थी। उनका मस्तिष्क दृष्टि को इस आवृत्ति के प्रकाश से भी जोड़ सकता है। चिकित्सक और वैज्ञानिक अब मानव रोगों और अंधेपन में नए रिसेप्टर की भूमिका को समझने की कोशिश कर रहे हैं। आंतरिक रूप से प्रकाश संवेदी आर. जी. सी. को भी माइग्रेन के हमलों के दौरान प्रकाश द्वारा सिरदर्द के बढ़ने में शामिल किया गया है। बिस्ट्रेटिफाइड सेल मेलानोप्सिन मिडगेट सेल पैरासोल सेल फोटोरिसेप्टर संदर्भ बाहरी लिंक मेलानोप्सिन-एक्सप्रेसिंग, आंतरिक रूप से फोटोसेंसिटिव रेटिना गैंग्लियन सेल, वेबविजन, यूटा विश्वविद्यालय, यू. एस. आई. पी. आर. जी. सी. ब्राउन विश्वविद्यालय, रोड आइलैंड, यू. एस. ह्यूमन आई एनाटॉमी हिस्टोलॉजी फोटोरिसेप्टर सेल सर्केडियन रिदम विजुअल सिस्टम न्यूरोसाइंस देखें।