人類色覺(jué)過(guò)程連通線路框圖的研究

閆東君，楊 賁，韓 凝，閆藝，郝繼龍，張冰潔,張吉豫

(1．吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 眼科，吉林 長(zhǎng)春130033；2.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 放射線科；3.吉林大學(xué)第一醫(yī)院 眼科)

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人類色覺(jué)過(guò)程連通線路框圖的研究

(1．吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 眼科，吉林 長(zhǎng)春130033；2.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 放射線科；3.吉林大學(xué)第一醫(yī)院 眼科)

色盲和色弱是危害人類健康的視覺(jué)疾病，雖然現(xiàn)不少研究者根據(jù)視覺(jué)的三通道模型建立了色盲患者視覺(jué)的模型[1,2]，提出了多種矯正方法[3-5]，但人類色覺(jué)機(jī)理和色覺(jué)異常發(fā)病原因至今不明,至今尚未能建立色覺(jué)信息系統(tǒng)各層次的信息接收、信息轉(zhuǎn)換、信息傳遞到視覺(jué)形成的“人類色覺(jué)過(guò)程連通線路框圖”，致使色覺(jué)研究進(jìn)程緩慢。本研究依據(jù)人類色覺(jué)過(guò)程的機(jī)能解剖學(xué)和各層次的生理機(jī)能，采用實(shí)驗(yàn)心理學(xué)和心理物理學(xué)方法證明色素上皮層是分光器，三種視錐細(xì)胞是感受器，通過(guò)視網(wǎng)膜矩陣編碼，調(diào)節(jié)出亮度信號(hào)和色覺(jué)信號(hào)傳遞到外側(cè)膝狀體重新解碼出三基色信號(hào)輻射給大腦皮層視區(qū)，大腦則以三基色向量和的方向及大小產(chǎn)生色覺(jué)彩色。三色理論與四色理論皆因無(wú)法解釋色覺(jué)異常而備受質(zhì)疑，只有建立起人類色覺(jué)過(guò)程連通線路框圖才能定義色覺(jué)理論，把三色與四色理論有機(jī)地結(jié)合在光學(xué)過(guò)程的第一層次和第二層次之間的變換和色覺(jué)形成機(jī)理。

1 資料與方法

1.1 研究資料 在色覺(jué)異?；颊卟v庫(kù)中挑選出120名患者，其中全色盲患者2名，兩種基色低下的Ab類患者2名，Ar類患者10名，Ag類患者50名，一種基色低下的Br類患者50名(到目前為止，在世界上僅發(fā)現(xiàn)以上5類色覺(jué)異?；颊?；正常色覺(jué)自愿者10名，共計(jì)124名。把他們分為兩組，每組均有相同的類別和人數(shù)。

1.2 檢測(cè) 讀取“89”、“牛”、“56”、“25”這四個(gè)典型色覺(jué)檢查表；實(shí)驗(yàn)儀器選用電腦色覺(jué)檢測(cè)儀(吉林省長(zhǎng)春市吉昱光學(xué)有限責(zé)任公司生產(chǎn)[中國(guó)醫(yī)療器械注冊(cè)證：吉食藥監(jiān)械(準(zhǔn))字2009第222025號(hào)])。

1.3 研究方法 人類色覺(jué)無(wú)法用物理方法測(cè)量，就診采用實(shí)驗(yàn)心理學(xué)和心理物理學(xué)方法，通過(guò)彩色比較研究人類色覺(jué)過(guò)程。

1.3.1 色覺(jué)檢查圖檢測(cè) (1)色覺(jué)檢查圖“89”(李春慧繪)檢測(cè)：正常人群，常光下可準(zhǔn)確讀出“89”，當(dāng)亮度降到一定程度，正常人可誤讀為“52”；而正常人在正常光線下，如通過(guò)綠色濾光片則亦可誤讀為“52”；兩種基色低下的Ag類在正常亮度下誤讀為“52”，通過(guò)紫色濾光片則可準(zhǔn)確讀出“89”；全色盲無(wú)法讀出。(2)色覺(jué)檢查圖“56”(王克長(zhǎng)繪)檢測(cè)：正常人群，常光下可準(zhǔn)確讀出“56”，在常光下，如通過(guò)紅色濾光片則可誤讀為“3”；兩種基色低下的Ar類在正常亮度下誤讀為“3”，通過(guò)藍(lán)色濾光片則可準(zhǔn)確讀出“56”；Ab類、Ag類在正常亮度下可準(zhǔn)確讀出“56”；全色盲無(wú)法讀出。(3)4/2圖檢查：正常人群，常光下可準(zhǔn)確讀出；Ag類在正常亮度下僅能讀出“2”，Ar類讀出“4”，佩戴相應(yīng)濾光片則可準(zhǔn)確讀出；全色盲無(wú)法讀出。

同樣上述檢查圖表，在Br類患者眼中皆同Ag類，一樣誤讀，但用2/5檢查圖(陳謀繪)Ag類則讀出“2”，Br類則讀出“5”，而正常人讀“2/5”。

1.3.2 把上述視覺(jué)檢查圖輸入電腦檢測(cè)儀，當(dāng)降低亮度，或調(diào)整三基色值均能得到同上的各種色覺(jué)效果，其中Ar類色覺(jué)異常需升藍(lán)降綠，Ab類升紅降藍(lán)，Ag類升紅降綠，Br類看黃色色調(diào)降紅、看紫色色調(diào)升紅。證明了從外部改變?nèi)肷淙搜鄣娜?，除全色盲患者外，大腦皮層接收到的三基色值也隨之改變，而全色盲患者因?yàn)槿N視錐細(xì)胞全無(wú)只能區(qū)分亮度而無(wú)色感。

1.3.3 局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)亮度降低時(shí)色素上皮層的色素顆粒向細(xì)胞內(nèi)收縮，明亮?xí)r色素顆粒向線狀突起移動(dòng)，使視錐細(xì)胞被色素包圍，使視錐細(xì)胞產(chǎn)生光刺激。解剖學(xué)早已證實(shí)，外界光入射人眼，透過(guò)視網(wǎng)膜前九層直射色素上皮層返回。生理學(xué)證實(shí)在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和視神經(jīng)纖維、視交叉、視束到外側(cè)膝狀體之間是拮抗機(jī)制。以上為人類色覺(jué)過(guò)程聯(lián)通線路框圖的建立提供了依據(jù)。

2 結(jié)果

上述試驗(yàn)證明入射人眼的光線，在色素上皮層被分解成紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三種基色，反射給面向色素上皮細(xì)胞(前方)的三種視錐細(xì)胞并產(chǎn)生光刺激值，且

R(λ)=e,G(λ)=e,

B(λ)=e,

(其中λ為可見(jiàn)光譜波長(zhǎng))

視網(wǎng)膜上有700萬(wàn)個(gè)視錐細(xì)胞，而神經(jīng)纖維僅有100萬(wàn)條，顯然視網(wǎng)膜層次對(duì)R、G、B進(jìn)行矩陣變換壓縮信號(hào)，調(diào)解出亮度信號(hào)L和色差信號(hào)U、V，且

L=(R)R+(G)G+(B)B;U=Ku

(R-L);V=Kv(B-L)

Ku、Kv為加權(quán)系數(shù)，(R)、(G)、(B)為基色亮度系數(shù)。

L、U、V由神經(jīng)節(jié)細(xì)胞經(jīng)視神經(jīng)纖維、視交叉、視束分別傳遞到外側(cè)膝狀體相應(yīng)細(xì)胞層，并在此重新解碼出三基色R、G、B，且

上述R、G、B經(jīng)由視輻射傳遞到大腦皮層視區(qū)，大腦皮層視區(qū)則按照接收到的三基色值的向量和方向和大小產(chǎn)生視覺(jué)，形成完整的色覺(jué)過(guò)程，其連通線路框圖(見(jiàn)圖2)。色覺(jué)過(guò)程把外界彩色轉(zhuǎn)化為色覺(jué)彩色，說(shuō)明了人類色覺(jué)過(guò)程是一種彩色重現(xiàn)的特殊反應(yīng)形式。

3 討論

根據(jù)人類色覺(jué)過(guò)程的解剖結(jié)構(gòu)生理機(jī)制數(shù)學(xué)公式和色覺(jué)過(guò)程連通線路框圖，充分說(shuō)明了色覺(jué)是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的拓?fù)浞绞絺鬟f，是一種通過(guò)眼睛傳導(dǎo)來(lái)源于外在世界的彩色刺激產(chǎn)生的不完全符合外界物理刺激的特殊反應(yīng)形式。

外界彩色有無(wú)窮多種，而人類色覺(jué)能區(qū)分的色調(diào)僅有180種色調(diào)及它們的飽和度彩色和明亮度，人類眼睛看不見(jiàn)紅外線和紫外線引起的彩色。

入射人眼的光線透過(guò)視網(wǎng)膜前九層直射色素上皮層，色覺(jué)研究一直認(rèn)為它只對(duì)視細(xì)胞起保護(hù)作用，我們的研究揭示了它的分光作用，是人類色覺(jué)過(guò)程的起始細(xì)胞層。

視網(wǎng)膜上的三種視錐細(xì)胞分別吸收色素上皮層反射來(lái)的三基色產(chǎn)生光刺激值、產(chǎn)生光刺激函數(shù)，分別為分光器和感受器，二者之間體現(xiàn)了可見(jiàn)光譜彩色分布與三基色光刺激函數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而外側(cè)膝狀體層次則把視網(wǎng)膜層次調(diào)解出的亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)又重新解碼出三基色信號(hào)L、U、V。

從人類色覺(jué)過(guò)程連通線路框圖可以斷言，無(wú)論哪一個(gè)層次發(fā)生變異(病變)只要大腦皮層視區(qū)接收到的三基色比例失調(diào)，就會(huì)產(chǎn)生色覺(jué)異常。反之，從外部改變?nèi)肷淙搜鄣娜?，大腦皮層視區(qū)接收到的三基色入射人眼的三基色值也隨之改變。無(wú)疑為色覺(jué)異常檢測(cè)，診斷和矯正提供了理論依據(jù)和操作方法。

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吉林省科委科技發(fā)展計(jì)劃(20110461)

1007-4287(2016)11-1927-02

2016-01-20)

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