網膜離散ダークノイズの物理的メカニズム：熱活性化または細胞の超波の光子放出？

数十年にわたり、眼の光受容体の個別の暗い騒音の根底にある物理的メカニズムは、非常に議論の余地があり、よく理解されていないままでした。熱活性化のボルツマン分布に基づいているアレニウス方程式は、脊椎動物の棒と円錐色の顔料で実験的に観察された網膜暗黒騒音の部分（たとえば、活性化エネルギーの半分）のみをモデル化できることが知られています。Arrhenius方程式にBoltzmann分布の代わりにHinshelwood分布を使用していることが、問題の解決策として提案されています。ここでは、Hinshelwood分布を使用しても問題を完全に解決しないことを示します。ノイズの離散成分は、実際の光子誘導光異性化によって生成されたものと形状と持続時間が区別できないため、網膜離散ダークノイズは、視覚顔料の熱活性化ではなく、細胞内の「内部光子」が原因である可能性が高いです。実際、すべての生細胞は、主に光波長範囲、つまり350-700 nmで自発的な超波光子放出（UPE）を示します。ここでは、網膜離散ダークノイズがupeと同様の速度を持っているため、ダークノイズは自発的な細胞upeによるものであり、熱の活性化によるものではないことを示しています。

For several decades the physical mechanism underlying discrete dark noise of photoreceptors in the eye has remained highly controversial and poorly understood. It is known that the Arrhenius equation, which is based on the Boltzmann distribution for thermal activation, can model only a part (e.g. half of the activation energy) of the retinal dark noise experimentally observed for vertebrate rod and cone pigments. Using the Hinshelwood distribution instead of the Boltzmann distribution in the Arrhenius equation has been proposed as a solution to the problem. Here, we show that the using the Hinshelwood distribution does not solve the problem completely. As the discrete components of noise are indistinguishable in shape and duration from those produced by real photon induced photo-isomerization, the retinal discrete dark noise is most likely due to 'internal photons' inside cells and not due to thermal activation of visual pigments. Indeed, all living cells exhibit spontaneous ultraweak photon emission (UPE), mainly in the optical wavelength range, i.e., 350-700 nm. We show here that the retinal discrete dark noise has a similar rate as UPE and therefore dark noise is most likely due to spontaneous cellular UPE and not due to thermal activation.