Известно, что некоторые животные могут реагировать на очень малые изменения магнитного поля (в тысячу раз меньше
геомагнитного поля) и используют это для навигации по магнитному рельефу Земли. Природа молекулярного сенсора магнитного
поля остается, однако, неопределенной, хотя установлено, что магнитное чувство связано со зрением. Полагают, что
магнетохимическая реакция лежит в основе функционирования магнитного сенсора. Криптохромы фоторецепторов, выстилающих
сетчатку глаза, содержат фотоиндуцированные спин-коррелированные пары радикалов, участвующие в формировании нервного
импульса и чувствительные к магнитному полю. Поэтому животное могло бы ощущать магнитное поле как изменение яркости
больших полей зрения и ориентироваться по их контрасту. Однако чувствительность отдельных сенсоров – радикальных пар –
очень низка. Ранее предполагали, что это затруднение преодолевается статистическим усилением контрастной
чувствительности за счет параллельной обработки мозгом первичных сигналов миллионов фоторецепторов. В настоящей работе
эта гипотеза проверена. Найдено, что пороговое ощущение яркостного контраста почти линейно зависит от логарифма углового
размера контрастирующего стимула, что является характерным для физиологии ощущений, подчиняющихся закону Вебера–Фехнера.
Контрастная чувствительность увеличивается с ростом числа фоторецепторов, участвующих в распознавании стимула, однако,
количественно этого увеличения недостаточно для надежного объяснения магнитной навигации животных.
Ключевые слова:
биологические эффекты магнитных полей, молекулярный магнитный сенсор, яркость, магнетохимия
DOI: 10.31857/S0235009223010031
EDN: ATRZSG
Цитирование для раздела "Список литературы":
Бинги В. Н.
Магнитная навигация животных, контрастная чувствительность зрения и закон вебера–фехнера.
Сенсорные системы.
2023.
Т. 37.
№ 1.
С. 35–48. doi: 10.31857/S0235009223010031
Цитирование для раздела "References":
Binhi V. N.
Magnitnaya navigatsiya zhivotnykh, kontrastnaya chuvstvitelnost zreniya i zakon vebera–fekhnera
[Magnetic navigation of animals, contrast sensitivity of vision, and the weber-fechner law].
Sensornye sistemy [Sensory systems].
2023.
V. 37(1).
P. 35–48
(in Russian). doi: 10.31857/S0235009223010031
Список литературы:
- Астахова Л.А., Ротов А.Ю., Кавокин К.В., Чернецов Н.С., Фирсов М.Л. Связь магнитного компаса и фоторецепции у птиц: гипотезы и нерешенные вопросы. Журнал общей биологии. 2019. Т. 80. № 2. С. 83–94. https://doi.org/10.1134/S0044459619020040
- Муравьева С.В., Пронин С.В., Шелепин Ю.Е. Контрастная чувствительность зрительной системы человека. Экспериментальная психология. 2010. Т. 3. № 3. С. 5–20.
- Домбругов Р.М. Телевидение. Киев. Вища Школа. 1979.
- Красильников Н.Н., Шелепин Ю.Е. Функциональная модель зрения. Оптический журнал. 1997. Т. 64. № 2. С. 72–82.
- Кучерявый А.А. Бортовые информационные системы. Ульяновск. УлГТУ. 2004.
- Bertalmio M. Vision мodels for high dynamic range and wide colour gamut imaging. London: Acad. Press, 2020.
- Binhi V.N., Prato F.S. Biological effects of the hypomagnetic field: An analytical review of experiments and theories. PLoS ONE. 2017. V. 12. № 6. P. e0179340. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0179340
- Binhi V.N., Prato F.S. Rotations of macromolecules affect nonspecific biological responses to magnetic fields. Scientific Reports. 2018. V. 8. № 1. P. 13495. https://doi.org/10.1038/s41598-018-31847-y
- Blackwell H.R. Contrast thresholds of the human eye. J. Opt. Soc. America. 1946. V. 36. № 11. P. 624–643.
- Buchachenko A. Magneto-biology and medicine. New York. Nova Science. 2014.
- Crumey A. Human contrast threshold and astronomical visibility. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2014. V. 442. № 3. P. 2600–2619. https://doi.org/10.1093/mnras/stu992
- Curcio C.A., Sloan K.R., Kalina R.E., Hendrickson A.E. Human photoreceptor topography. The Journal of Comparative Neurology. 1990. V. 292. № 4. P. 497–523.
- Hore P.J., Mouritsen H. The radical-pair mechanism of magnetoreception. Annual Review of Biophysics. 2016. V. 45. № 1. P. 299–344. https://doi.org/10.1146/annurev-biophys-032116-094545
- Lohmann K.J., Lohmann C.M., Ehrhart L.M., Bagley D.A., Swing T. Animal behaviour: geomagnetic map used in sea-turtle navigation. Nature. 2004. V. 428. № 6986. P. 909–910. https://doi.org/10.1038/428909a
- Nadler M.P., Miller D., Nadler D.J. (Eds). Glare and contrast sensitivity for clinicians. New York: Springer-Verlag, 1990.
- Pelli D.G., Bex P. Measuring contrast sensitivity. Vision Research. 2013. V. 90. P. 10–14. https://doi.org/10.1016/j.visres.2013.04.015
- Pishchalnikov R.Y., Gurfinkel Y.I., Sarimov R.M., Vasin A.L., Sasonko M.L., Matveeva T.A., Binhi V.N., Baranov M.V. Cardiovascular response as a marker of environmental stress caused by variations in geomagnetic field and local weather. Biomedical Signal Processing and Control. 2019. V. 51. P. 401–410. https://doi.org/10.1016/j.bspc.2019.03.005
- Riccó, A. Relazione fra il minimo angolo visuale e l’intensitГ luminosa. Memorie della Societa Degli Spettroscopisti Italiani. 1877. V. 6. P. B29–B58.
- Schulten K., Swenberg C., Weller A. A biomagnetic sensory mechanism based on magnetic field modulated coherent electron spin motion. Zeitschrift fur Physikalische Chemie. 1978. V. 111. № 1. P. 1–5.
- Stöckl A.L., O’Carroll D.C., Warrant E.J. Neural summation in the hawkmoth visual system extends the limits of vision in dim light. Current Biology. 2016. V. 26. № 6. P. 821–826. https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.01.030
- Wan G., Hayden A.N., Iiams S.E., Merlin C. Cryptochrome 1 mediates light-dependent inclination magnetosensing in monarch butterflies. Nature Communications. 2021. V. 12. № 1. P. 771. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21002-z
- Watson A.B., Ahumada A.J. A standard model for foveal detection of spatial contrast. Journal of Vision. 2005. V. 5. № 9. P. 717–740. https://doi.org/10.1167/5.9.6
- Weisstein E.W. Beta Binomial Distribution. From MathWorld – A Wolfram Web Resource. URL: https://mathworld.wolfram.com/BetaBinomialDistribution.html (accessed 2022.07.18).
