那些失明的老鼠本不应该能看见，但不知何故，它们却能。那是在1923年，一位名叫克莱德·基勒（Clyde Keeler）的哈佛大学研究生开始比较不同动物的眼睛，首先是他自己在宿舍里培育的老鼠。基勒剖开了一只老鼠的眼睛，放在显微镜下。他立刻意识到有什么不对劲。眼睛里缺少了视杆细胞和视锥细胞层，这些感光细胞负责捕捉光线。回到他的鼠群中，基勒意识到他的一半动物都瞎了。不知怎么地，发生了一个突变，导致它们的视杆细胞和视锥细胞消失了。
这个突变以精确的外科手术般的精准度使那些老鼠失明，但出于某种原因，基勒（其原因已随历史消失）突然萌生了向它们眼睛里照射光线的想法。根据当时科学家们对哺乳动物眼睛的所有了解，本不应该发生任何事情。毕竟，这些老鼠根本无法捕捉光线并将其传递给视网膜神经节细胞，而视网膜神经节细胞是通常将视觉信号传递给大脑的神经元。然而，确实发生了：老鼠的瞳孔收缩了。
基勒努力寻找解释。“我们可以假设一只没有视杆细胞的老鼠在通常意义上是看不见的，”他在一篇期刊文章中写道。但瞳孔的收缩表明，这些老鼠必须拥有除视杆细胞和视锥细胞之外的某种细胞——一种当时科学家们一无所知的细胞——它也能捕捉光线并向大脑发送信号。
大多数视觉专家对眼睛中含有隐藏感光细胞的说法不屑一顾，并忽略了基勒的发现。近八十年后，科学家们才调查了他的说法并证明他是对的：眼睛确实含有一种第三类感光细胞，它可以感知光线强度，但无法识别图像。
这些视网膜细胞似乎执行着各种重要的功能。它们设定我们的生物钟并调节我们的睡眠。它们可能解释了为什么强光会引发偏头痛。它们甚至可能揭示了为什么抑郁症如此普遍地与冬季的黑暗日子联系在一起。
基勒研究的早期验证之一来自20世纪90年代的牛津大学神经科学家拉塞尔·福斯特（Russell Foster），他研究我们身体的日常周期——所谓的昼夜节律，它定义了24小时内生命体征的模式。我们变得困倦然后清醒；体温变冷然后变暖；激素分泌然后消退。每天光线的变化使这些节律与地球的自转同步。实验表明，如果人们连续几天住在没有窗户的房间里，他们的昼夜节律会逐渐失调，导致他们可能白天睡觉而整晚醒着。
然而，没有人确切知道光是如何充当重置按钮的。为了寻找一种机制，福斯特进行了一项新实验。他通过关闭对视杆细胞和视锥细胞发育至关重要的基因，同时让实验对象暴露于光暗周期，基本重现了基勒的盲鼠实验。福斯特还对拥有正常眼睛的老鼠进行了同样的实验。如果视杆细胞和视锥细胞充当重置按钮，那么有视觉的老鼠的昼夜节律应该保持经典模式，而盲鼠的昼夜节律则会漂移。但事实并非如此。1999年，福斯特报告说，盲鼠的行为与普通老鼠一样。直到福斯特通过手术摘除了盲鼠的全部眼睛，它们的昼夜节律才开始漂移。基勒发现的视网膜细胞一定在起作用。
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福斯特等人的研究促使许多研究人员寻找那些缺失的细胞。第一个线索来自2000年，神经科学家伊格纳西奥·普罗文西奥（Ignacio Provencio）（现任职于弗吉尼亚大学）在视网膜的神经节层发现了一种叫做黑色视蛋白（melanopsin）的光捕获色素。这是一个令人费解的发现，因为人们认为神经节层只负责传递来自视杆细胞和视锥细胞的电信号，而不是自己捕捉光线。但在2002年，约翰霍普金斯大学的萨默·哈塔尔（Samer Hattar）和布朗大学的大卫·伯森（David Berson）识别出了含有黑色视蛋白的单个视网膜神经节细胞。他们进一步证明，这些被称为内在感光视网膜神经节细胞（ipRGCs）的细胞能够检测光线。
与视杆细胞和视锥细胞一样，ipRGCs对特定颜色最敏感：在这种情况下是蓝色。而且，与眼睛中的其他视网膜神经节细胞一样，ipRGCs长出长纤维，蜿蜒伸出以连接视神经。当视神经到达大脑时，单个纤维会分离出来，与不同的区域建立联系。哈塔尔和伯森插入了在黑色视蛋白生产细胞中才激活的发光蛋白基因。通过这种方式，他们能够证明视杆细胞和视锥细胞在图像产生的大脑区域建立了大部分联系。但是，ipRGCs则很大程度上止步于这些区域之外，最终到达其他地方，包括视交叉上核（suprachiasmatic nucleus），这是大脑中线的一片神经元区域。当科学家们手术切除这些区域时，实验动物就会失去昼夜节律。
哈塔尔和其他科学家随后开始确定ipRGCs的确切作用，他们创建了基勒的盲鼠的镜像模型。这些经过基因工程改造的老鼠的视力与正常老鼠一样，但它们缺乏ipRGCs。随后的实验证实了早期世代的猜测：即使在正常光照下，没有这些细胞的老鼠也会与日夜节律脱节。但缺乏ipRGCs的老鼠也表现出其他一些变化。与完整的که（其昼夜节律与日夜同步，使它们夜间活动白天休息）不同，它们不受光线诱导睡眠的影响。给它们照射光线，它们仍然保持清醒。这一发现暗示了眼睛和大脑之间存在新的联系。似乎一些ipRGCs不仅与身体的时钟中枢相连，而且直接接入了大脑的睡眠回路。
另一个惊喜是：并非所有ipRGCs都相同。在显微镜下拍摄了这些细胞并绘制了它们的连接图后，哈塔尔确定了五种不同类型的ipRGCs。在一项近期实验中，他发现了一种独特的鼠类版本，它产生一种叫做Brn3b的蛋白质。如果老鼠缺乏这种类型的ipRGC，哈塔尔发现的唯一变化是动物无法再收缩瞳孔。它们的昼夜节律仍然对光线重置按钮做出反应。
总之，ipRGCs可能不是一个一概而论的光传感器，而是一个复杂的专家细胞群，每个细胞将光线输送到大脑的不同部位执行不同的任务——所有这些都在我们视觉意识之外发生。
老鼠和人类关系非常密切，因此我们眼中很可能拥有相同的基本ipRGCs集合，执行相同的任务。2007年，哈佛医学院的睡眠研究员史蒂文·洛克利（Steven Lockley）开始收集证据，当时他遇到了一位人类版的基勒老鼠——一位87岁的失明女性，她几十年前就失去了所有的视杆细胞和视锥细胞，但她的ipRGCs仍然完好无损。
洛克利进行了一系列测试，以寻找ipRGCs可能正在做的事情。在一项试验中，他开关灯，并让这位女性报告光线的状态。这位女性感到困惑。她为什么会想让她这个失明多年的人去告诉他关于她看不见的光？尽管如此，她还是积极地猜测。如果光是蓝色的，她大多数时候都能猜对。对于任何其他颜色，她的猜测都差不多是随机的。洛克利和他的同事们得出结论，她的f8e4大脑正在利用ipRGCs捕捉的光来理解外部世界，即使她的有意识的头脑并未参与其中。
关于偏头痛的研究（强光常常会加剧偏头痛）揭示了ipRGCs在人脑中的另一个作用。哈佛大学的偏头痛研究员罗德里戈·诺塞达（Rodrigo Noseda）观察到，即使是盲人，光线也会引发偏头痛；因此，他推测头痛可能由ipRGCs引发。为了探索这个想法，他解剖了大鼠的大脑，对ipRGCs和疼痛信号神经元进行染色以追踪它们的通路。他发现ipRGCs连接到丘脑的疼痛神经元，这表明暴露于光线也可能干扰疼痛信号神经元。对一些偏头痛患者来说，光敏感性是毁灭性的。他们无法开车、写作，甚至阅读。一旦研究人员足够了解这条通路，能够进行药理学干预，这些患者可能就能找到缓解。
不幸的是，完全关闭ipRGCs并非可行的选择。这些神经元现在已知会延伸到丘脑，一个以促进意识而闻名的大脑区域。可以推测，它们在那里传递着某种基本信息。当神经科学家找出这种信息是什么类型时，他们将取得真正的进展——或许是为了对抗疼痛，并且肯定是为了更好地了解我们秘密的自我。
卡尔·齐默（Carl Zimmer）是一位屡获殊荣的生物学作家，也是《缠结的银行：进化导论》的作者。
他的博客“The Loom”运行在blogs.discover magazine.com/loom上。
