人类色觉过程连通线路框图的研究

闫东君，杨 贲，韩 凝，闫艺，郝继龙，张冰洁,张吉豫

(1．吉林大学中日联谊医院 眼科，吉林 长春130033；2.吉林大学中日联谊医院 放射线科；3.吉林大学第一医院 眼科)



人类色觉过程连通线路框图的研究

(1．吉林大学中日联谊医院 眼科，吉林 长春130033；2.吉林大学中日联谊医院 放射线科；3.吉林大学第一医院 眼科)

色盲和色弱是危害人类健康的视觉疾病，虽然现不少研究者根据视觉的三通道模型建立了色盲患者视觉的模型[1,2]，提出了多种矫正方法[3-5]，但人类色觉机理和色觉异常发病原因至今不明,至今尚未能建立色觉信息系统各层次的信息接收、信息转换、信息传递到视觉形成的“人类色觉过程连通线路框图”，致使色觉研究进程缓慢。本研究依据人类色觉过程的机能解剖学和各层次的生理机能，采用实验心理学和心理物理学方法证明色素上皮层是分光器，三种视锥细胞是感受器，通过视网膜矩阵编码，调节出亮度信号和色觉信号传递到外侧膝状体重新解码出三基色信号辐射给大脑皮层视区，大脑则以三基色向量和的方向及大小产生色觉彩色。三色理论与四色理论皆因无法解释色觉异常而备受质疑，只有建立起人类色觉过程连通线路框图才能定义色觉理论，把三色与四色理论有机地结合在光学过程的第一层次和第二层次之间的变换和色觉形成机理。

1 资料与方法

1.1 研究资料 在色觉异常患者病历库中挑选出120名患者，其中全色盲患者2名，两种基色低下的Ab类患者2名，Ar类患者10名，Ag类患者50名，一种基色低下的Br类患者50名(到目前为止，在世界上仅发现以上5类色觉异常患者)；正常色觉自愿者10名，共计124名。把他们分为两组，每组均有相同的类别和人数。

1.2 检测 读取“89”、“牛”、“56”、“25”这四个典型色觉检查表；实验仪器选用电脑色觉检测仪(吉林省长春市吉昱光学有限责任公司生产[中国医疗器械注册证：吉食药监械(准)字2009第222025号])。

1.3 研究方法 人类色觉无法用物理方法测量，就诊采用实验心理学和心理物理学方法，通过彩色比较研究人类色觉过程。

1.3.1 色觉检查图检测 (1)色觉检查图“89”(李春慧绘)检测：正常人群，常光下可准确读出“89”，当亮度降到一定程度，正常人可误读为“52”；而正常人在正常光线下，如通过绿色滤光片则亦可误读为“52”；两种基色低下的Ag类在正常亮度下误读为“52”，通过紫色滤光片则可准确读出“89”；全色盲无法读出。(2)色觉检查图“56”(王克长绘)检测：正常人群，常光下可准确读出“56”，在常光下，如通过红色滤光片则可误读为“3”；两种基色低下的Ar类在正常亮度下误读为“3”，通过蓝色滤光片则可准确读出“56”；Ab类、Ag类在正常亮度下可准确读出“56”；全色盲无法读出。(3)4/2图检查：正常人群，常光下可准确读出；Ag类在正常亮度下仅能读出“2”，Ar类读出“4”，佩戴相应滤光片则可准确读出；全色盲无法读出。

同样上述检查图表，在Br类患者眼中皆同Ag类，一样误读，但用2/5检查图(陈谋绘)Ag类则读出“2”，Br类则读出“5”，而正常人读“2/5”。

1.3.2 把上述视觉检查图输入电脑检测仪，当降低亮度，或调整三基色值均能得到同上的各种色觉效果，其中Ar类色觉异常需升蓝降绿，Ab类升红降蓝，Ag类升红降绿，Br类看黄色色调降红、看紫色色调升红。证明了从外部改变入射人眼的三基色，除全色盲患者外，大脑皮层接收到的三基色值也随之改变，而全色盲患者因为三种视锥细胞全无只能区分亮度而无色感。

1.3.3 局部解剖学实验证实，当亮度降低时色素上皮层的色素颗粒向细胞内收缩，明亮时色素颗粒向线状突起移动，使视锥细胞被色素包围，使视锥细胞产生光刺激。解剖学早已证实，外界光入射人眼，透过视网膜前九层直射色素上皮层返回。生理学证实在神经节细胞和视神经纤维、视交叉、视束到外侧膝状体之间是拮抗机制。以上为人类色觉过程联通线路框图的建立提供了依据。

2 结果

上述试验证明入射人眼的光线，在色素上皮层被分解成红(R)、绿(G)、蓝(B)三种基色，反射给面向色素上皮细胞(前方)的三种视锥细胞并产生光刺激值，且

R(λ)=e,G(λ)=e,

B(λ)=e,

(其中λ为可见光谱波长)

视网膜上有700万个视锥细胞，而神经纤维仅有100万条，显然视网膜层次对R、G、B进行矩阵变换压缩信号，调解出亮度信号L和色差信号U、V，且

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

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

Ku、Kv为加权系数，(R)、(G)、(B)为基色亮度系数。

L、U、V由神经节细胞经视神经纤维、视交叉、视束分别传递到外侧膝状体相应细胞层，并在此重新解码出三基色R、G、B，且

上述R、G、B经由视辐射传递到大脑皮层视区，大脑皮层视区则按照接收到的三基色值的向量和方向和大小产生视觉，形成完整的色觉过程，其连通线路框图(见图2)。色觉过程把外界彩色转化为色觉彩色，说明了人类色觉过程是一种彩色重现的特殊反应形式。

3 讨论

根据人类色觉过程的解剖结构生理机制数学公式和色觉过程连通线路框图，充分说明了色觉是以点对点的拓扑方式传递，是一种通过眼睛传导来源于外在世界的彩色刺激产生的不完全符合外界物理刺激的特殊反应形式。

外界彩色有无穷多种，而人类色觉能区分的色调仅有180种色调及它们的饱和度彩色和明亮度，人类眼睛看不见红外线和紫外线引起的彩色。

入射人眼的光线透过视网膜前九层直射色素上皮层，色觉研究一直认为它只对视细胞起保护作用，我们的研究揭示了它的分光作用，是人类色觉过程的起始细胞层。

视网膜上的三种视锥细胞分别吸收色素上皮层反射来的三基色产生光刺激值、产生光刺激函数，分别为分光器和感受器，二者之间体现了可见光谱彩色分布与三基色光刺激函数的对应关系，而外侧膝状体层次则把视网膜层次调解出的亮度信号和两个色差信号又重新解码出三基色信号L、U、V。

从人类色觉过程连通线路框图可以断言，无论哪一个层次发生变异(病变)只要大脑皮层视区接收到的三基色比例失调，就会产生色觉异常。反之，从外部改变入射人眼的三基色值，大脑皮层视区接收到的三基色入射人眼的三基色值也随之改变。无疑为色觉异常检测，诊断和矫正提供了理论依据和操作方法。

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吉林省科委科技发展计划(20110461)

1007-4287(2016)11-1927-02

2016-01-20)

*通讯作者