Биофизика цветного зрения

Применения методов генного  моделирования у мышей в клетках  сетчатки глаза,выделение колбочки-S, которая работает в зоне фиолетового-синего спектра с длиной волны более 498 нм подтверждают теорию трихроматизма. (Уже в 1966 году на рентгеноскопических снимках Р.Е.Марка образцов сечения сетчатки были получены данные работы колбочек при цветном зрении.)  А в 2006 году получены изображения колбочек и палочек цыпленка в цвете и стерео, где также подтверждена многокомпонентная теория цветного зрения.

Процесс видения основан  и на физике взаимодействия света  с внешними долями смембран фоторецепторов сетчатки глаза. Эти участки на сетчатке, где происходит первичное взаимодействие со светом,  когда свет рассматривается  с вопросомкак электромагнитная волна в классической физике,который  проходит через пространственную размерность  и фильтруется в виде трех основных цветов RGB(red, green,blue). Падающий на сетчатку свет следует подразумевать, что поглощение света имеет место в пространственной размерности между колбой и палочкой,а не в виде чистого кванта и подразумевается, что фотона взаимодействуют в пределах непосредственно тел фоторецепторов.

 

3. Цветное зрение с точки зрения биологии

Бурное развитие естественных наук можно отнести начиная с  XIX столетия, когда специалисты в области биологии, химиии и физики сделали огромный прорыв.

Уже в 1966 году впервые при  рентгеноскопии среза сетчатки глаза  получены изображения фоторецепторов палочек и колбочек и их связей между собой и клетками сетчатки глаза. Полученные им данные на рентгеноскопии образцов срезов сетчатки глаза примаов  определила систему трихроматизма  цветного зрения- участие трех колбочек RGB в формировании трех сигналов( синего,зеленого,красного) при трансдукции их в мозг.

7.4 Теория оппонентных цветов

Если  яркое зеленое кольцо окружает серый  круг, то последний в результате одновременного цветового контраста  приобретает красный цвет. Явления  одновременного цветового контраста  и последовательного цветового  контраста послужили основой  для теории оппонентных цветов, предложенной в XIX в. Герингом. Геринг предполагал, что  имеются четыре основных цвета –  красный, желтый, зеленый и синий  – и что они попарно связаны  с помощью двух антагонистических  механизмов – зелено-красного механизма  и желто-синего механизма. Постулировался также третий оппонентный механизм для ахроматически дополнительных цветов белого и черного. Из-за полярного  характера восприятия этих цветов Геринг назвал эти цветовые пары «оппонентными  цветами». Из его теории следует, что  не может быть таких цветов, как  «зеленовато – красный» и «синевато  – желтый».

Таким образом, теория оппонентных цветов постулирует наличие антагонистических  цветоспецифических нейронных механизмов. Например, если такой нейрон возбуждается под действием зеленого светового  стимула, то красный стимул должен вызывать его торможение. Предложенные Герингом оппонентные механизмы получили частичную поддержку после того, как научились регистрировать активность нервных клеток, непосредственно  связанных с рецепторами.

Так, у некоторых позвоночных, обладающих цветовым зрением, были обнаружены «красно-зеленые» и «желто-синие» горизонтальные клетки. У клеток «красно-зеленого» канала мембранный потенциал покоя изменяется и клетка гиперполяризуется, если на ее рецептивное поле падает свет спектра 400-600 нм, и деполяризуется при подаче стимула с длиной волны больше 600 нм. Клетки «желто-синего» канала гиперполяризуются при действии света с длиной волны меньше 530 нм и деполяризуются в интервале 530-620 нм.

На  основании таких нейрофизиологических данных можно составить несложные  нейронные сети, которые позволяют  объяснить, как осуществить взаимную связь между тремя независимыми системами колбочек, чтобы вызвать  цветоспецифическую реакцию нейронов на более высоких уровнях зрительной системы.

 

7.5 Зонная теория

В свое время  между сторонниками каждой из описанных  теорий велись жаркие споры. Однако сейчас эти теории можно считать взаимно  дополняющими интерпретациями цветового  зрения. В зонной теории Крисса, предложенной 80 лет назад, была сделана попытка  синтетического объединения этих двух конкурирующих теорий. Она показывает, что трехкомпонентная теория пригодна для описания функционирования уровня рецепторов, а оппонентная теория – для описания нейронных систем более высокого уровня зрительной системы.

 

8. Причины нарушения цветового зрения.

У человека в центральной части сетчатки расположены цветочувствительные рецепторы — нервные клетки, которые называются колбочками. Каждый из трёх видов колбочек имеет свой тип цветочувствительного пигмента белкового происхождения. Один тип пигмента чувствителен к красному цвету с максимумом 552-557 нм, другой — к зелёному (максимум около 530 нм),      третий — к синему (426 нм). Люди с нормальным цветным зрением имеют в колбочках все три пигмента (красный, зелёный и синий) в необходимом количестве.

Передача дальтонизма  по наследству связана с Х-хромосомой и практически всегда передается от матери-носителя гена к сыну,в  результате чего в 20 раз чаще проявляется  у мужщин. Некоторые виды дальтонизма  следует считать не «наследственным  заболеванием», а скорее особенностью зрения.Согласно исследованиям британских ученых ,люди, которым трудно различать  красные и зеленые цвета, могут  различать множество других оттенков.

Приобретенный дальтонизм- это заболевание, которое развивается  только на глазу, где поражена сетчатка и зрительный нерв.Этому свойственно  прогрессирующее ухудшение и  трудности в различии синего и  желтого цветов.

Причинами появления приобретенных  нарущений цветовосприятия являются:

5. Возрастные изменения- помутнение хрусталика(катаракта).
6. Прием различных медикаментов(временное или постоянное).
7. Травмы глаза, затрагивающие сетчатку или зрительный нерв.

 

8.1  Аномалии цветового зрения

Аномалиями  обычно называют те или иные незначительные нарушения цветовосприятия. Они  передаются по наследству как рецессивный  признак, сцепленный с X-хромосомой. Лица с цветовой аномалией все являются трихроматами, т.е. им, как и людям  с нормальным цветовым зрением, для  полного описания видимого цвета  необходимо использовать три основных цвета (ур. 3). Однако аномалы хуже различают  некоторые цвета, чем трихроматы с нормальным зрением, а в тестах на сопоставление цветов они используют красный и зеленый цвет в других пропорциях. Тестирование на аномалоскопе показывает, что при протаномалии в соответствии с ур. (1) в цветовой смеси больше красного цвета, чем  в норме, а при дейтераномалии в смеси больше, чем нужно, зеленого. В редких случаях тританомалии нарушается работа желто-синего канала.

 

8.2 Полная цветовая слепота

Менее 0,01% всех людей страдают полной цветовой слепотой. Эти монохроматы видят  окружающий мир как черно-белый  фильм, т.е. различают только градации серого. У таких монохроматов обычно отмечается нарушение световой адаптации  при фотопическом уровне освещения. Из-за того, что глаза монохроматов легко ослепляются, они плохо  различают форму при дневном  свете, что вызывает фотофобию. Поэтому  они носят темные солнцезащитные очки даже при нормальном дневном освещении. В сетчатке монохроматов при гистологическом исследовании обычно не находят никаких аномалий. Считается, что в их колбочках вместо зрительного пигмента содержится родопсин.

 

8.3 Нарушение палочкового аппарата

Люди  с аномалиями палочкового аппарата воспринимают цвет нормально, однако у  них значительно снижена способность  к темновой адаптации. Причиной такой  «ночной слепоты», или никталопии, может быть недостаточное содержание в употребляемой пище витамина А₁, который является исходным веществом для синтеза ретиналя.

 

8.4 Диагности цветового зрения

Так как нарушения цветового зрения наследуются как признак, сцепленный с Х-хромосомой, то они гораздо  чаще встречаются у мужчин, чем  у женщин. Частота протаномалии у  мужчин составляет примерно 0,9%, протанопии – 1,1%, дейтераномалии 3-4% и дейтеранопии – 1,5%. Тританомалия и тританопия встречаются  крайне редко. У женщин дейтераномалия встречается с частотой 0,3%, а протаномалии – 0,5%.

Поскольку существует целый ряд профессий, при которых необходимо нормальное цветовое зрение (например, шоферы, летчики, машинисты, художники-модельеры), у  всех детей следует проверять  цветовое зрение, чтобы впоследствии учесть наличие аномалий при выборе профессии. В одном из простых  тестов используются «псевдоизохроматические» таблицы Ишихары. На этих таблицах нанесены пятна разных размеров и цветов, расположенные так, что они образуют буквы, знаки или цифры. Пятна  разного цвета имеют одинаковый уровень светлоты. Лица с нарушенным цветовым зрением не способны увидеть  некоторые символы (это зависит  от цвета пятен, из которых они  образованы). Используя различные  варианты таблиц Ишихары, можно достаточно надежно выявить нарушения цветового  зрения. Точная диагностика возможна с помощью тестов на смешение цветов, построенных на основе уравнений (1) – (3).

 

9. Биофизика восстановления цвета

Биофизика восстановления зрения с помощью визуального протеза, часто называемым бионическим глазом- заключается в возможности восстановить функционирование зрения. При этом чисто электронно-механические устройства-имплантанты (фотосенсоры) на основе оргматериалов, чувствительных к лучам света,  соединяются с невредимыми окончаниями,которые проводят зрительные сигналы в мозг.

 

 

 

 

МГТУ им. Н.Э.Баумана

 

 

 

 

 

 

Реферат по биофизике

На тему «Биофизика цветного зрения»

 

 

 

 

 

Выполнила студентка 3 круса

гр. БМТ2-51, Бученкова Мария

Преподаватель: Сафонова Л.П.

 

 

 

 

 

 

 

Москва,2012г.

План:

1. Глаз
2. Сенсорная часть сетчатки
3. Фоторецепторы(колбочки и палочки)
1. Строение колбочек и палочек
4. Дальтонизм. История термина
5. Смешение цветов
6. Трихроматичность
7. Теория цветного зрения
1. Цветное зрение с точки зрения физики
2. Цветное зрение с точки зрения нелинейной теории
3. Цветное зрение с точки зрения биологии
4. Теория оппонентных цветов
5. Зонная теория
8. Причины нарушения цветового зрения
1. Аномалии цветового зрения
2. Полная цветовая слепота
3. Нарушения палочкового аппарата
4. Диагностика цветового зрения
9. Биофизика восстановления цвета

10 Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

10 Список литераты

 

1. М.Р.Сапин,Г.Л.Билич «Анатомия человека»(часть 2),Москва 2007 г.
2. Гл. Ред. Б.В. Петровский. Популярная медицинская энциклопедия, ст. «Зрение», «Цветовое зрение», «Советская энциклопедия», 1988.
3. А.Ф.Никитин «Биология современный курс»,Санкт-Петергург 2008 г.