Какие фоторецепторы участвуют в тесте на цветовое зрение?

Введение

Фоторецепторы, участвующие в цветовом зрении, — это колбочки сетчатки. Существует три типа колбочек, каждый из которых чувствителен к разным длинам волн света, что позволяет нам видеть цвет. Три типа колбочек: чувствительные к коротким волнам (S-колбочки), чувствительные к средним волнам (M-колбочки) и чувствительные к длинным волнам (L-колбочки). Палочковые клетки, которых больше, чем колбочек, не участвуют в цветовом зрении, поскольку они не чувствительны к длинам волн света.

Трихроматическая теория цветового зрения

Трихроматическая теория цветового зрения утверждает, что цветовое зрение обеспечивается совместной активностью трех типов колбочек-фоторецепторов. Колбочки содержат фотопигменты, которые по-разному чувствительны к разным длинам волн света. Спектры поглощения фотопигментов в колбочках имеют пиковую чувствительность в различных областях видимого спектра света.

Трихроматическая теория предполагает, что любой цвет можно получить, смешав соответствующее количество активности трех колбочек. Относительная активность трех типов колбочек кодирует цветовую информацию, которая обрабатывается в зрительной системе для создания цветного зрения.

Распределение колбочек в сетчатке

Три типа колбочек неравномерно распределены по сетчатке. Центральная ямка, которая является самым центром сетчатки, содержит почти исключительно колбочки и отвечает за острое центральное зрение. Ямка плотно заполнена колбочками, но в ней отсутствуют палочки. Из колбочек в ямке более половины являются L-колбочками. Около трети являются М-колбочками и только около 2-5% являются S-колбочками.

По мере продвижения к периферии от ямки соотношение палочек и колбочек резко увеличивается. Колбочки все еще присутствуют, но становятся гораздо более редкими. Палочки не способны различать цвета, поэтому периферическое зрение лишено цветовой чувствительности фовеолярного зрения.

Генетика цветового зрения

Гены, кодирующие фотопигментные белки в колбочках, расположены на Х-хромосоме. Генетические вариации приводят к различиям в способностях цветового зрения между людьми.

Нормальное цветовое зрение является трихроматическим и зависит от нормальной функции колбочек L, M и S. Это опосредовано генами OPN1LW и OPN1MW на Х-хромосоме, которые кодируют опсины колбочек L и M.

Дефициты цветового зрения могут возникать из-за мутаций или перестроек этих генов, которые влияют на функцию колбочек. Наиболее распространенными формами являются:

• Красно-зеленая слепота — вызвана изменениями в генах L или M. Снижает способность различать оттенки красного и зеленого.
• Сине-желтая цветовая слепота — дисфункция колбочек S, приводящая к проблемам с различением синего и желтого.
• Монохроматия — отсутствие функции двух или более типов колбочек. Серьезно ухудшает цветовое зрение и способность видеть цвета.

Эти дефекты цветового зрения чаще встречаются у мужчин, чем у женщин, из-за генетики, сцепленной с Х-хромосомой.

Нейронная обработка цветовой информации

Сигналы от фоторецепторов колбочек обрабатываются двумя параллельными путями, которые составляют зрительную систему:

• Парвоцеллюлярный путь — обрабатывает цветовую информацию и мелкие детали. Содержит в основном клетки, которые получают входные данные от колбочек L и M.
• Магноцеллюлярный путь — реагирует на движение и изменения яркости. Получает входные данные в основном от палочек и колбочек L/M.

Эти два потока остаются разделенными вплоть до зрительной коры, где обрабатывается цветовая информация:

• Парвоцеллюлярные слои латерального коленчатого ядра (LGN) получают входные данные от P-клеток сетчатки.
• В первичной зрительной коре (V1) клетки настроены на преимущественную реакцию на определенные цвета.
• В зрительной области V4 нейроны демонстрируют более сложное цветовое кодирование и постоянство.

Высшие корковые области отвечают за более продвинутое восприятие и распознавание цвета. В конечном счете, именно комбинированная нейронная обработка сигналов от колбочек дает начало нашему восприятию цвета.

Адаптации для цветового зрения

Люди трихроматичны, то есть наши сетчатки содержат три типа колбочек, которые обеспечивают цветовое зрение. Многие другие млекопитающие дихроматичны, имея только два типа колбочек. Трихроматическое цветовое зрение развилось как адаптация приматов.

Некоторые ключевые адаптации, которые позволили приматам развить трихроматическое цветовое зрение, включают:

• Увеличенное количество колбочек фоторецепторов по сравнению с другими млекопитающими.
• Ямка с высокой остротой и плотностью колбочек для детального цветового зрения.
• Гены колбочек L и M на X-хромосоме, которые позволили новым вариациям появиться посредством мутации.
• Нейронная обработка адаптаций, включая два параллельных зрительных пути.

Преимущества трихроматического цветового зрения для приматов, вероятно, включают:

• Лучшее обнаружение источников пищи, таких как фрукты, среди листвы.
• Улучшенное различение окраски кожи для социальной сигнализации.
• Способность различать тонкие изменения в здоровье или эмоциональном состоянии с помощью тона кожи.
• Улучшенное обнаружение хищников или соперников, замаскированных в окружающей среде.

Подводя итог, можно сказать, что трихроматическое зрение приматов представляет собой эволюционный прогресс по сравнению с дихроматическим зрением с точки зрения остроты зрения, сегментации изображения и различения. Три типа колбочек и последующая нейронная обработка поддерживают лучшее восприятие цвета.

Заключение

У людей цветовое зрение зависит от объединенной активности и нейронной обработки сигналов от трех типов колбочек фоторецепторов. Колбочки L, M и S имеют пиковую чувствительность к разным длинам волн света, что позволяет различать цвета. Центральная ямка плотно заполнена колбочками, преимущественно L и M. Генетические вариации приводят к дефициту цветового зрения. Трихроматическое цветовое зрение развилось как адаптация у приматов, дающая селективные преимущества по сравнению с млекопитающими, имеющими только два типа колбочек фоторецепторов.