閆東君，楊 賁，韓 凝，閆藝，郝繼龍，張冰潔,張吉豫

(1．吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院 眼科，吉林 長春130033；2.吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院 放射線科；3.吉林大學第一醫(yī)院 眼科)

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人類色覺過程連通線路框圖的研究

(1．吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院 眼科，吉林 長春130033；2.吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院 放射線科；3.吉林大學第一醫(yī)院 眼科)

色盲和色弱是危害人類健康的視覺疾病，雖然現(xiàn)不少研究者根據(jù)視覺的三通道模型建立了色盲患者視覺的模型[1,2]，提出了多種矯正方法[3-5]，但人類色覺機理和色覺異常發(fā)病原因至今不明,至今尚未能建立色覺信息系統(tǒng)各層次的信息接收、信息轉(zhuǎn)換、信息傳遞到視覺形成的“人類色覺過程連通線路框圖”，致使色覺研究進程緩慢。本研究依據(jù)人類色覺過程的機能解剖學和各層次的生理機能，采用實驗心理學和心理物理學方法證明色素上皮層是分光器，三種視錐細胞是感受器，通過視網(wǎng)膜矩陣編碼，調(diào)節(jié)出亮度信號和色覺信號傳遞到外側(cè)膝狀體重新解碼出三基色信號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)生色覺彩色。三色理論與四色理論皆因無法解釋色覺異常而備受質(zhì)疑，只有建立起人類色覺過程連通線路框圖才能定義色覺理論，把三色與四色理論有機地結(jié)合在光學過程的第一層次和第二層次之間的變換和色覺形成機理。

1 資料與方法

1.1 研究資料 在色覺異常患者病歷庫中挑選出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類色覺異?；颊?；正常色覺自愿者10名，共計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 讀取“89”、“牛”、“56”、“25”這四個典型色覺檢查表；實驗儀器選用電腦色覺檢測儀(吉林省長春市吉昱光學有限責任公司生產(chǎn)[中國醫(yī)療器械注冊證：吉食藥監(jiān)械(準)字2009第222025號])。

1.3 研究方法 人類色覺無法用物理方法測量，就診采用實驗心理學和心理物理學方法，通過彩色比較研究人類色覺過程。

1.3.1 色覺檢查圖檢測 (1)色覺檢查圖“89”(李春慧繪)檢測：正常人群，常光下可準確讀出“89”，當亮度降到一定程度，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”，通過紫色濾光片則可準確讀出“89”；全色盲無法讀出。(2)色覺檢查圖“56”(王克長繪)檢測：正常人群，常光下可準確讀出“56”，在常光下，如通過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”，通過藍色濾光片則可準確讀出“56”；Ab類、Ag類在正常亮度下可準確讀出“56”；全色盲無法讀出。(3)4/2圖檢查：正常人群，常光下可準確讀出；Ag類在正常亮度下僅能讀出“2”，Ar類讀出“4”，佩戴相應(yīng)濾光片則可準確讀出；全色盲無法讀出。

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 把上述視覺檢查圖輸入電腦檢測儀，當降低亮度，或調(diào)整三基色值均能得到同上的各種色覺效果，其中Ar類色覺異常需升藍降綠，Ab類升紅降藍，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せ颊咄?，大腦皮層接收到的三基色值也隨之改變，而全色盲患者因為三種視錐細胞全無只能區(qū)分亮度而無色感。

1.3.3 局部解剖學實驗證實，當亮度降低時色素上皮層的色素顆粒向細胞內(nèi)收縮，明亮時色素顆粒向線狀突起移動，使視錐細胞被色素包圍，使視錐細胞產(chǎn)生光刺激。解剖學早已證實，外界光入射人眼，透過視網(wǎng)膜前九層直射色素上皮層返回。生理學證實在神經(jīng)節(jié)細胞和視神經(jīng)纖維、視交叉、視束到外側(cè)膝狀體之間是拮抗機制。以上為人類色覺過程聯(lián)通線路框圖的建立提供了依據(jù)。

2 結(jié)果

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

R(λ)=e,G(λ)=e,

B(λ)=e,

(其中λ為可見光譜波長)

視網(wǎng)膜上有700萬個視錐細胞，而神經(jīng)纖維僅有100萬條，顯然視網(wǎng)膜層次對R、G、B進行矩陣變換壓縮信號，調(diào)解出亮度信號L和色差信號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，形成完整的色覺過程，其連通線路框圖(見圖2)。色覺過程把外界彩色轉(zhuǎn)化為色覺彩色，說明了人類色覺過程是一種彩色重現(xiàn)的特殊反應(yīng)形式。

3 討論

根據(jù)人類色覺過程的解剖結(jié)構(gòu)生理機制數(shù)學公式和色覺過程連通線路框圖，充分說明了色覺是以點對點的拓撲方式傳遞，是一種通過眼睛傳導來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。

外界彩色有無窮多種，而人類色覺能區(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，人類眼睛看不見紅外線和紫外線引起的彩色。

入射人眼的光線透過視網(wǎng)膜前九層直射色素上皮層，色覺研究一直認為它只對視細胞起保護作用，我們的研究揭示了它的分光作用，是人類色覺過程的起始細胞層。

視網(wǎng)膜上的三種視錐細胞分別吸收色素上皮層反射來的三基色產(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)了可見光譜彩色分布與三基色光刺激函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，而外側(cè)膝狀體層次則把視網(wǎng)膜層次調(diào)解出的亮度信號和兩個色差信號又重新解碼出三基色信號L、U、V。

從人類色覺過程連通線路框圖可以斷言，無論哪一個層次發(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)，就會產(chǎn)生色覺異常。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。無疑為色覺異常檢測，診斷和矯正提供了理論依據(jù)和操作方法。

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[5]鮑吉斌，王源源，馬 煜，等.基于H分量旋轉(zhuǎn)的色盲矯正方法[J].生物醫(yī)學工程學進展，2008,29:125.

吉林省科委科技發(fā)展計劃(20110461)

1007-4287(2016)11-1927-02

2016-01-20)

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