معلومة

هل يمكن للإدراك البشري التفريق بين الضوء أحادي اللون ومتعدد الألوان؟


ربما لا تكون الكلمة أحادية اللون هي الكلمة الصحيحة ، ما أعنيه هو الضوء الذي يتكون من طول موجي واحد (أي لون طيفي) مقابل ضوء مكون من فوتونات ذات أطوال موجية متعددة (لون متوسط).

على سبيل المثال ، افترض أن لدينا "ليزر" واحد بنفسجي ومجموعة من "الليزر" يتحدان في لون أرجواني. *

هل من الممكن الجمع بين مصادر الضوء الأخيرة بحيث يتطابق مركبها تمامًا مع البنفسجي بحيث يبدو كلاهما متماثلًا للعين البشرية (بافتراض المحاذاة المثالية)؟

وهل ستبدو متشابهة لجميع عيون البشر؟

تخميني هو لا ، لأن الناس قد يكون لديهم قابلية مختلفة للألوان الحمراء والزرقاء ، وقد تختلف وظائف التجميع أيضًا.

* على ما يبدو ، هناك تعريفات بديلة للتمييز بين اللونين (اللون الأرجواني ضارب إلى الحمرة ، والبنفسجي مزرق) ، لكنني أشير إلى تلك الموجودة في ويكيبيديا: اللون الأرجواني هو اللون المتوسط ​​والبنفسجي هو اللون الطيفي النقي.

مقال مثير للاهتمام حول إدراك اللون في مملكة الحيوان: https://arstechnica.com/science/2020/06/experiments-show-hummingbirds-see-colors-youve-never-dreamed-of/


يؤثر الضوء الاصطناعي متعدد الألوان على النمو وعلم وظائف الأعضاء في الكتاكيت

على الرغم من الاستخدام المفرط للضوء الاصطناعي على الحيوانات الأسيرة ، نادرًا ما تمت دراسة تأثيره على تلك الحيوانات تجريبيًا. يعتبر إيواء الحيوانات في ظروف الإضاءة الخاضعة للرقابة مفيدًا لتقييم تأثيرات الضوء. يعتبر الدجاج من أفضل الحيوانات التي خضعت للدراسة في تجارب الضوء الاصطناعي ، وهنا نقوم بتقييم تأثير الضوء متعدد الألوان بمكونات خضراء وزرقاء مختلفة على النمو وعلم وظائف الأعضاء لدى الكتاكيت. تشير النتائج إلى أن الضوء المزدوج الأخضر والأزرق له أثران جانبيان على كتلة جسم الصيصان ، اعتمادًا على النسب المختلفة من الأخضر إلى الأزرق. أدى الضوء المزدوج الأخضر والأزرق مع المكون الأزرق المستنفد والأزرق المتوسط ​​إلى انخفاض كتلة الجسم ، في حين أدى المكون الأزرق المخصب إلى تعزيز كتلة الجسم في الكتاكيت مقارنة مع الكتاكيت أحادية اللون ذات اللون الأخضر أو ​​الأزرق المعالج بالأطياف. علاوة على ذلك ، يمكن أن تؤدي التغييرات التدريجية في النسب الخضراء إلى الزرقاء للضوء المزدوج الأخضر والأزرق إلى تغييرات تدريجية متسقة في كتلة الجسم ، كما هو مقترح بواسطة الضوء متعدد الألوان مع مكون أزرق أعلى مما يؤدي إلى زيادة كتلة الجسم. أكد تحليل الارتباط أن تناول الطعام يرتبط ارتباطًا إيجابيًا بكتلة الجسم النهائية في الكتاكيت (ص 2 = 0.7664, ص = 0.0001) ، مما يشير إلى أن زيادة تناول الطعام ساهم في زيادة كتلة الجسم في الكتاكيت المعرضة لمكون أزرق أعلى. وجدنا أيضًا أن الكتاكيت التي تعرضت لمكون أزرق أعلى أظهرت مستويات جلوكوز في الدم أعلى. علاوة على ذلك ، كان مستوى الجلوكوز مرتبطًا بشكل إيجابي بكتلة الجسم النهائية (ص 2 = 0.6406, ص = 0.0001) وكمية الطعام (ص 2 = 0.784, ص = 0.0001). توضح هذه النتائج أن التركيب الطيفي يلعب دورًا مهمًا في التأثير على النمو وعلم وظائف الأعضاء في الكتاكيت. علاوة على ذلك ، قد تتسبب التغييرات المتسقة في المكونات الطيفية في استجابة متزامنة للنمو وعلم وظائف الأعضاء.

الاقتباس: Pan J ، Yang Y ، Yang B ، Yu Y (2014) يؤثر الضوء الاصطناعي متعدد الألوان على النمو وعلم وظائف الأعضاء في الكتاكيت. بلوس واحد 9 (12): e113595. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0113595

محرر: ويلفريد أ. كويس ، معهد فريدريش لوفلر ، ألمانيا

تم الاستلام: 26 يونيو 2014 وافقت: 29 أكتوبر 2014 نشرت: 3 ديسمبر 2014

حقوق النشر: © 2014 Pan et al. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ بأي وسيلة ، بشرط ذكر المؤلف الأصلي والمصدر.

توافر البيانات: يؤكد المؤلفون أن جميع البيانات الكامنة وراء النتائج متاحة بالكامل دون قيود. جميع البيانات ذات الصلة موجودة داخل الورقة.

التمويل: تم دعم هذا العمل من قبل الصندوق الصيني الخاص للبحوث العلمية الزراعية في المصلحة العامة (أرقام المنحة 201303091). لم يكن للممولين دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات وتحليلها أو اتخاذ قرار النشر أو إعداد المخطوطة.

تضارب المصالح: وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.


7 إجابات 7

هناك الكثير من جوانب العالم المادي التي لا يمكننا كبشر اكتشافها أو التمييز بينها.

  • معظم الطيف الكهرومغناطيسي غير مرئي لنا. نافذة الضوء المرئي لدينا صغيرة جدًا.
  • لا يمكننا التمييز بين الضوء المستقطب
  • لا يمكننا سماع الصوت تحت أو فوق الصوتي
  • لا يمكننا الشعور بالمجالات الكهربائية
  • لا يمكننا الشعور بالمجالات المغناطيسية

. ويبدو أننا نسير على ما يرام بدون ذلك ، على الرغم من وجود الكثير من أنواع الحيوانات علبة يدركون هذه الأشياء.

هذا ببساطة لأن الأشياء التي يمكننا أن نشعر بها هي كل ما نعرفه. تشكل حواسنا نظرتنا إلى العالم ، وهذا أمر طبيعي ومشترك لنا لدرجة أننا لا نفكر حتى في هذه القيود.

إذا كانت حواسنا مختلفة ، فلن نكون مختلفين ، لأن - مرة أخرى - تشكل حواسنا عالمنا. وطالما أن كل شخص لديه نفس النوع من الحواس ، ولا يوجد تمايز ، مثل عمى الألوان على سبيل المثال بينما لا يزال بإمكان الآخرين رؤية اللون ، فلا يوجد سبب من شأنه أن يحدث فرقًا كبيرًا في علم النفس.

فقط عندما نقوم ربح أو تخسر جزء من حواسنا هل تميل إلى التأثير علينا بطريقة رئيسية.

صخب كافيل من Battlestar Galactica حول كونه محبوسًا داخل جسم "بشري".

فقط عندما نعرف ما يعنيه امتلاك (أو عدم امتلاك) بعض الحواس ، يكون لدينا أي شيء يمكن مقارنته به. طالما بقي كل شيء على حاله ، فنحن لا نعرف شيئًا نتوقع ما كان لدينا دائمًا.

باختصار: لا ، لا يمكنك أن تتوقع أن يكون لهذا أي تأثير عميق. سيكون هنالك صغير الاختلافات ، مثل أننا لن نخترع التلفزيون الملون ، ولكن بشكل عام لن يكون هناك فرق كبير على الإطلاق.

هناك القليل الذي قد يكون مختلفًا ، لا سيما عندما يتعلق الأمر بالطعام. اللحوم ليست آمنة للأكل إذا لم يتم طهيها بشكل كافٍ ، وليس من السهل معرفة ما إذا كانت مطبوخة جيدًا بدون لون (صدقني ، أنا مصاب بعمى الألوان ، وأنا أعلم هذا). وبالمثل ، تميل الحضارات المبكرة إلى تجنب التوت الأحمر وما شابه ذلك لأن نسبة عالية منها كانت سامة. نتيجة لذلك ، من الممكن أن يكون لدى الحضارات المبكرة التي تعاني من عمى الألوان متطلبات غذائية أكثر صرامة - لا توت على الإطلاق ، وقد يتعين حرق اللحوم باللون الأسود. بدلاً من ذلك ، قد يتخذون نهجًا أقل تجنبًا للمخاطرة - فكل أنواع التوت جيدة ، واللحوم النيئة جيدة. سيؤدي هذا إلى ارتفاع عدد القتلى في وقت مبكر ، لكن ربما يكون لديهم معدة أقوى بعد بضع عشرات من الأجيال.

لا أستطيع أن أتخيل أن أي أحداث معينة ستتغير ، ولكن عددًا من التقنيات سيكون مختلفًا بشكل سطحي على الأقل - كما هو الحال ، يستخدم كل شيء إلكتروني تقريبًا مصباح حالة يتغير لونه بين لون يعني "جاهز" وآخر تعني "غير جاهز" (وأحيانًا كلمة ثالثة تعني "حدث خطأ فادح"). لن تعمل تلك الاتفاقية لهؤلاء الناس. نظرًا لصعوبة تعديل الشدة ، فإن أفضل طريقة هي ببساطة مضاعفة الأضواء المختلفة ، مع تمييزها بوضوح.

يجب إعداد إشارات المرور بشكل مختلف ، وربما يلزم استخدام عدد الأضواء بدلاً من اللون.

في الفن (وعلم الجمال بشكل عام) نمط سيكون أكثر أهمية من اللون. لكوني خياليًا قليلاً هنا ، يمكنني أن أتخيل أن هذا قد يعزز الاهتمام المبكر بالهندسة ، ويؤدي إلى حالة أكثر تقدمًا في الرياضيات في العصر الحديث.

قد يتم منع الطب قليلاً في وقت مبكر - بالحديث من التجربة ، هو كذلك الصعب لمعرفة الفرق بين الطفح الجلدي والكدمة عندما لا تستطيع رؤية الألوان المتضمنة. لا أستطيع حتى التمييز بين حروق الشمس وتان. هناك عدد من الحالات الطبية الأخرى التي لم يكن بالإمكان تحديدها قبل التكنولوجيا الطبية الحديثة إلا من خلال التغييرات في لون الجسم بقدر ما يستطيع الأشخاص المصابون بعمى الألوان معرفة ذلك ، ستكون هذه الحالات بدون أعراض تمامًا حتى وفاة المريض!


نتائج

نايم

لم تختلف بنية النوم الإجمالية بشكل كبير بين ظروف الإضاءة LED أو OLED أو الإضاءة الخافتة (الجدول 1). للتحقيق في آثار التعرض للضوء على توازن النوم ، قمنا بتحليل قوة دلتا EEG (0.5-4 هرتز) أثناء نوم الموجة البطيئة. لا دورة دلتا باور تايم (ص = 0.125 الشكل التكميلي 1 أ) ولا كثافة قدرة دلتا (ص = 0.425 الشكل التكميلي 1 ب) تختلف اختلافًا كبيرًا بين الشروط. درجات التقييم الذاتي للنوم والنعاس باستخدام إصدار MA لمخزون النوم Oguri-Shirakawa-Azumi و Karolinska Sleepiness Scale لم تختلف أيضًا بشكل كبير بين الحالات (الجدول التكميلي 1 ، الشكل التكميلي 2).

استقلاب الطاقة

تم تحليل متوسط ​​إنفاق الطاقة وحاصل التنفس (RQ) وأكسدة الدهون بشكل منفصل وفقًا لفترات النوم والاستيقاظ (الشكل 1 ، الشكل التكميلي 3). أثناء النوم ، كان هناك اختلاف في متوسط ​​إنفاق الطاقة (F2,138 = 6.1, ص = 0.003) مع مقارنة لاحقة مهمة بين OLED والضوء الخافت (p & lt 0.001 الشكل. 1e). كان متوسط ​​RQ أثناء النوم مختلفًا أيضًا بين ظروف الإضاءة (F1,126 = 3.8, ص = 0.029) مع مقارنة ملحوظة بعد ذلك بين LED و OLED (ص = 0.016 الشكل 1f). كان هذا متسقًا مع انخفاض أكسدة الدهون (F.1,111 = 6.8, ص = 0.003) مع المقارنة اللاحقة التي تكشف عن أهمية بين LED و OLED (ص = 0.001) ، وضوء LED وخافت (ص = 0.003 الشكل 1 جم). استمر تأثير الضوء حتى صباح اليوم التالي بعد الاستيقاظ (الشكل التكميلي 3). الفروق في متوسط ​​إنفاق الطاقة (F1,63 = 7.5, ص = 0.002) أشار إلى مقارنة مهمة بعدية بين الضوء الخافت و OLED (ص = 0.001) ، وضوء خافت و LED (ص = 0.047) (الشكل التكميلي 3 أ). ظل متوسط ​​RQ مرتفعًا بعد الاستيقاظ (F2,78 = 3.7, ص = 0.03) مع وجود نقطة ما بعد مهمة بين LED والضوء الخافت (ص = 0.024). انخفضت أكسدة الدهون معنويا (F.2,78 = 5.6, ص = 0.005) مع مقارنة لاحقة أدت إلى وجود دلالة بين LED والضوء الخافت (ص = 0.003 الشكل التكميلي 3 ب ، ج). كربوهيدرات (ص = 0.163) وأكسدة البروتين (ص = 0.307) بظروف الإضاءة ، سواء أثناء النوم أو بعد الاستيقاظ (الشكل 1 ح ، الشكل التكميلي 3 D). كشفت مقاييس متكررة ثنائية الاتجاه ANOVA على المسار الزمني لاستقلاب الطاقة مع عوامل حالة الضوء والوقت عن عدم وجود تأثير رئيسي مهم لظروف الضوء أو للتفاعل بين الحالة والوقت (الشكل 1).

استقلاب الطاقة. يتم عرض دورة الوقت (اللوحة اليسرى) والقيم المتوسطة أثناء النوم (اللوحة اليمنى) لـ (أ) نفقات الطاقة، (ب) الحاصل التنفسي، (ج) أكسدة الدهون و (ديشار إلى أكسدة الكربوهيدرات على أنها تعني ± SE (ن = 10). تم تقييم الاختلافات الكبيرة بين ظروف الإضاءة في استقلاب الطاقة أثناء النوم من خلال مقاييس متكررة أحادية الاتجاه ANOVA مع تعديل Bonferroni ، *ص & lt 0.05 **ص & lt 0.01 ، ***ص & lt 0.001.

التنظيم الحراري

كشفت مقاييس متكررة ثنائية الاتجاه ANOVA عن عدم وجود تأثير كبير لظروف الإضاءة على المسار الزمني لدرجة حرارة الجسم الأساسية (ص = 0.162) ، ولكن هناك تفاعل كبير بين الحالة والوقت (F.30,250 = 1.7, ص = 0.016 الشكل 2 أ). أظهر التحليل اللاحق زيادة ملحوظة في درجة حرارة الجسم في LED مقارنة بالضوء الخافت قبل النوم وانخفاض ملحوظ في OLED مقارنة بالضوء الخافت أثناء النوم (الشكل 2 أ). كان متوسط ​​درجة حرارة الجسم أقل بكثير (F1,120 = 21.1, ص & lt 0.001) مع الكشف اللاحق عن اختلاف كبير بين OLED والضوء الخافت ، و OLED و LED ، أثناء النوم (ص = 0.001 الشكل 2 هـ) وبعد الاستيقاظ (ص & lt 0.001 الشكل التكميلي 4 أ).

تدابير التنظيم الحراري. دورة الوقت (اللوحة اليسرى) والقيم المتوسطة أثناء النوم (اللوحة اليمنى) موضحة. (أ) درجة حرارة الجسم الأساسية، (ب) درجة الحرارة البعيدة ، (ج) درجة الحرارة القريبة ، و (د) يتم التعبير عن التدرج القريب البعيد على أنه يعني ± SE. تحليل دورة الوقت من مقاييس متكررة ثنائية الاتجاه ANOVA ، مقارنة زوجية لاحقة مع تعديل Bonferroni *ص & lt 0.05 ، ***ص & lt 0.001 بين OLED والضوء الخافت ، #ص & lt 0.05 بين LED وضوء خافت. متوسط ​​درجة الحرارة أثناء النوم حسب حالة الضوء من مقاييس متكررة أحادية الاتجاه ANOVA ، مقارنة زوجية لاحقة مع تعديل Bonferroni *ص & lt 0.05 **ص & lt 0.01 ، ***ص & lt 0.001. (ن = 10 درجة حرارة الجسم الأساسية ن = 8 درجة حرارة الجلد).

تم تقييم درجة حرارة الجلد على أساس درجات الحرارة القريبة والبعيدة من ما مجموعه ثمانية مواقع. لم تكشف القياسات المتكررة ثنائية الاتجاه ANOVA على المسار الزمني لدرجة الحرارة القريبة أي تأثير كبير لحالة الضوء (ص = 0.327) ، ولكن هناك تفاعل كبير بين الحالة والوقت (F.30,201 = 1.8, ص = 0.009). أشار التحليل اللاحق إلى انخفاض كبير في OLED مقارنة بالضوء الخافت بعد الاستيقاظ في الساعة 10:00 (الشكل 2 ج). علاوة على ذلك ، أظهرت درجة الحرارة القريبة ، التي تم تقييمها على الجبهة ، زيادة كبيرة في OLED مقارنةً بـ LED أثناء النوم وبعده ، ولكن لم تلاحظ فروق ذات دلالة إحصائية في مواقع أخرى (الشكل التكميلي 5). لم يتم الكشف عن أي آثار رئيسية معنوية لظروف الضوء بالنسبة لدرجة الحرارة البعيدة أو التدرج القريب القريب (DPG) ولم يكن هناك أي تفاعل بين الحالة والوقت.

تم بعد ذلك تقييم متوسط ​​درجة الحرارة أثناء النوم باستخدام مقاييس متكررة أحادية الاتجاه ANOVA على درجات الحرارة البعيدة والقريبة وعلى DPG (الشكل 2). أثناء النوم ، كانت درجة الحرارة القريبة مختلفة بين الظروف (F2,96 = 8.6, ص = 0.0004) مع مقارنة ملحوظة بعد ذلك بين LED و OLED (ص = 0.004) ، وضوء LED وخافت (ص = 0.002) (الشكل 2 ج). اتساع أكبر لمنحة سياسات التنمية (F2,96 = 7.2, ص = 0.001) في كل من الضوء الخافت (ص = 0.02) و OLED (ص & lt 0.001) مقارنةً بـ LED بعد التحليل اللاحق (الشكل 2 ح). لم تختلف درجة الحرارة البعيدة اختلافًا كبيرًا بين ظروف الإضاءة (الشكل 2 و).

يوضح الشكل 3. العلاقة بين درجة حرارة الجسم وإنفاق الطاقة أثناء فترات النوم والاستيقاظ. وفي جميع ظروف الإضاءة ، أظهرت درجة حرارة الجسم الأساسية ونفقات الطاقة قيمة أعلى أثناء فترة الاستيقاظ مقارنة بفترة النوم (الشكل 3).

العلاقة بين درجة حرارة الجسم الأساسية وإنفاق الطاقة. تم رسم الارتباط على أنه متوسط ​​5 دقائق أثناء النوم (دائرة) والاستيقاظ (مثلث) لظروف تعتيم (أسود) ، LED (أزرق) ، و OLED (برتقالي).

الميلاتونين البولي

لم يختلف إجمالي إفراز البول لـ 6-sulfatoxymelatonin (aMT6s) بين ظروف الإضاءة (ص = 0.923 الشكل 4 أ). تم بعد ذلك تحليل مستقلبات الميلاتونين البولي واستقلاب الطاقة بشكل إضافي حسب ظروف الضوء. ترتبط مركبات aMT6 البولية ارتباطًا إيجابيًا بإنفاق الطاقة تحت OLED (الشكل التكميلي 6). لم تظهر نواتج الميلاتونين البولية أي ارتباط مع RQ في كل من ظروف الإضاءة الخافتة (ص = 0.52) ، OLED (ص = 0.42) و LED (ص = 0.41 الشكل التكميلي 6). لوحظ وجود علاقة إيجابية كبيرة بين aMT6s البولي وأكسدة الدهون تحت OLED (ص 2 = 0.46 ، ص = 0.032). لا يوجد ارتباط تحت الضوء الخافت (r 2 = 0.36 ، ص = 0.068) أو LED (ص = 0.96 الشكل 4 ب).

البولية 6 سلفاتوكسيميلاتونين (aMT6s). (أ) تركيز إجمالي الـ aMT6s المعدل لتركيز الكرياتينين البولي. (ب) الارتباط بين aMT6s البولي وأكسدة الدهون للضوء الخافت (الأسود) ، LED (الأزرق) ، و OLED (البرتقالي).


مقدمة

تمت دراسة معالجة الضوء على نطاق واسع في سياق علم الأحياء اليومي الذي يؤكد على التأثيرات غير المرئية (أو غير المكونة للصور) للضوء البيئي (الإشعاع). تشمل هذه التأثيرات غير المرئية تزامن النظام اليومي ، وقمع الميلاتونين ، وتنظيم النوم ، بالإضافة إلى تحسين اليقظة والإدراك [1] - [6]. لقد أظهرنا أن الاستجابات غير المرئية المتعلقة باليقظة والإدراك مرتبطة بالتغيرات في نشاط الدماغ الإقليمي المكتشفة بواسطة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) والتصوير الوظيفي بالرنين المغناطيسي (fMRI) [7] - [9]. كشف عدد من الدراسات الحديثة ، باستخدام مجموعة متنوعة من المنهجيات ، أن الاستجابات غير البصرية البشرية الحادة أو طويلة المدى هي الأكثر حساسية للضوء أحادي اللون للأطوال الموجية بين ∼460 و 480 نانومتر [2] - [6] ، [9] - [14 ]. هذه الحساسية أقصر بكثير من الحساسية القصوى الكلية للنظام الضوئي (∼555 نانومتر) ، ولا تتطابق مع الحساسية القصوى لأي من المستقبلات الضوئية الكلاسيكية الفردية (القضبان: ∼505 نانومتر S- المخاريط: ∼430 نانومتر M- المخاريط: ∼530 نانومتر L- المخاريط: 560 نانومتر) [15] ، [16].

تم اكتشاف صبغ ضوئي خامس للشبكية ، الميلانوبسين ، مؤخرًا [17] وتبين أنه يتم التعبير عنه في الخلايا العقدية للشبكية (RGC) الحساسة للضوء بشكل جوهري [18] ، مع حساسية قصوى تتراوح بين 420 إلى 480 نانومتر [19] - [21] . تتورط RGC التي تعبر عن الميلانوبسين في الاستجابات غير المرئية للضوء [18] ، [22]. إنهم يعرضون العديد من الهياكل الدماغية في القوارض [23] ، [24] ، بما في ذلك نوى الوطاء مثل النواة فوق التصالبية (SCN) والمنطقة البطنية الجانبية قبل الجراحة (VLPO) ، بالإضافة إلى العديد من الهياكل غير الوطائية بما في ذلك النواة أمام المستقيم للزيتون ( OPN) واللوزة. كما يبرز RGC المعبّر عن الميلانوبسين على المناطق التي تشارك عادةً في الرؤية مثل النواة الركبية الجانبية (LGN) والأكيمة العلوية. بالإضافة إلى ذلك ، مشروع RGC الذي يعبر عن الميلانوبسين إلى LGN و OPN في قرود المكاك [25]. توفر هذه المسارات التشريحية العصبية آلية يمكن من خلالها للتغييرات الإشعاعية أن تؤثر على العديد من وظائف الدماغ ، بمعنى آخر. الانقباض اليومي ، وانقباض حدقة العين ، والإثارة ، والانتباه ، وتنظيم العاطفة ، بالإضافة إلى الرؤية [2] - [4] ، [8] ، [10] ، [13] ، [25] ، [26]. ومع ذلك ، فإن المستقبلات البصرية الكلاسيكية ضرورية للحث على استجابات غير مرئية كاملة للضوء [27]. بالإضافة إلى ذلك ، RGC التي لا تعبر عن الميلانوبسين ، ويفترض أنها ليست حساسة في جوهرها للضوء ، مشروع إلى SCN ، نواة بين الجينات (IGL) من المهاد ، و VLPO ، مما يشير إلى أن الإشارة الناشئة من مستقبلات الضوء الشبكية الكلاسيكية تصل إلى هذه الهياكل [24] ، [28]. لم يتم تقييم المساهمة النسبية للمستقبلات الضوئية الشبكية المختلفة بشكل كامل.

عادةً ما تكون استجابات المخروط والقضيب للضوء مؤمنة زمنياً بالتعرض ، بمعنى آخر. تبدأ الاستجابات وتتوقف في غضون بضع مللي ثانية بعد تشغيل الضوء وإيقافه ، على التوالي. بالإضافة إلى ذلك ، يحدث التوهين السريع لإشارات العصي والمخروط في وجود منبه ضوئي ثابت [25]. تكون استجابات الضوء الجوهرية لـ RGC التي تعبر عن الميلانوبسين أكثر بطئًا ولا تظهر توهينًا: يتم اكتشافها فقط بعد ثوانٍ من بدء الضوء ، ويتم الحفاظ على إطلاق النار لدقائق بعد انتهاء التعرض للضوء. تشير هذه الميزة إلى أن هذه الخلايا قادرة على حساب وقت التكامل الطويل للجهاز غير البصري [18] ، [25]. ومع ذلك ، يتلقى RGC المعبر عن الميلانوبسين مدخلات خارجية من قضبان وفئات المخاريط الثلاثة ، والتي تمكن RGC التي تعبر عن الميلانوبسين من الاستجابة الفورية للتعرض للضوء ، وتقترح دورًا مهمًا للقضبان والمخاريط في الاستجابة غير المرئية للضوء في وقت مبكر من التعرض [25]. وفقًا لذلك ، يشير تقييم الفعالية النسبية لأطوال موجية مختلفة إلى أن المخاريط M تساهم بشكل مهم في بدء الاستجابة في القوارض ، ولكن فيما بعد ، فإن RGC المعبر عن الميلانوبسين هو المساهم المهيمن [13]. وبالمثل ، في الإشعاع المنخفض ، تكون المستقبلات الضوئية التقليدية كافية لدفع الحدقة في الانقباض في القوارض ، بينما في الإشعاع العالي ، يلزم وجود RGC المعبر عن الميلانوبسين للحث على استجابة كاملة [29]. بالإضافة إلى ذلك ، تشير حساسية الطول الموجي لاستجابات الخلايا العصبية لـ SCN للجرذان إلى ومضات الضوء إلى مساهمة العصي وجميع المخاريط في التعرض للضوء لفترة وجيزة [30].

تم الاستدلال على دور المخاريط S في الاستجابات غير المرئية لدى البشر من البيانات التي تظهر زيادة أكبر في اليقظة الذاتية تحت التعرض للضوء البنفسجي (420-440 نانومتر) [31]. ومع ذلك ، فإن معظم الدراسات البشرية التي تبحث في آليات الاستجابات غير المرئية للضوء تستخدم التعرض أحادي اللون الذي يحفز معظم المخاريط RGC أو M و L-cones التي تعبر عن الميلانوبسين ، ولكن ليس المخاريط S [2] ، [4] ، [5] ، [9] . لا يزال يتعين إثبات مساهمة S-cone في الاستجابات غير المرئية للضوء باستخدام الضوء البنفسجي الذي يؤدي بشكل تفضيلي إلى هذه المستقبلات الضوئية. بالإضافة إلى ذلك ، تم وصف الاستجابات غير المرئية لأطوال موجية مختلفة عند البشر فقط بعد التعرض لفترات طويلة نسبيًا (عشرات الدقائق على الأقل) ، بمعنى آخر. يفترض بعد التوهين الكبير لإشارات العصي والمخروط. وبالتالي ، فإن المساهمات النسبية للأضواء الزرقاء والبنفسجية والخضراء ، واستنتاج الميلانوبسين المعبر عن الميلانوبسين ، في إنشاء استجابات غير مرئية للضوء لم يتم تقييمها في البشر.

إلى جانب الإسقاطات المعروفة للـ RGC المعبّر عن الميلانوبسين وغير المعبّر عن الميلانوبسين إلى هياكل الدماغ المشاركة في الوظائف غير البصرية ، فإن معظم آليات الدماغ والمسارات التي تتوسط الاستجابات غير المرئية للتعرض للضوء غير معروفة. في القوارض ، يتلقى كل من SCN و IGL المهادي معلومات إشعاع ضوئي بشكل مباشر تقريبًا وبالتالي يبدو أنهما متورطان بقوة في إثارة الاستجابات غير البصرية للضوء [32] ، [33]. تم إنشاء مشروع SCN و IGL للعديد من هياكل الدماغ المشاركة في تنظيم الإثارة [33] ، [34] وتم إنشاء اتصال وظيفي غير مباشر بين SCN إلى موقع جذع الدماغ الأزرق (LC) [35]. قد يكون هذا الإسقاط SCN -brainstem هو المسار الذي يعدل الضوء من خلاله اليقظة. ومع ذلك ، فيما وراء هذه الهياكل المرشحة تحت القشرية وجذع الدماغ ، فإن آليات الدماغ المشاركة في توليد الاستجابات الفسيولوجية أو السلوكية غير المرئية للضوء لم يتم تمييزها في الحيوانات.

في البشر ، باستخدام PET و fMRI ، حددنا الارتباطات العصبية للتأثيرات التنبيهية للتعرض للضوء الأبيض الساطع (& gt7000lux) ، الذي يتم توصيله ليلاً أو أثناء النهار في مناطق الدماغ مثل التلم داخل الفص الجداري (IPS) ، الحصين ، اللب المهاد. ، إنسولا ، وما تحت المهاد [7] ، [8]. لقد أظهرنا مؤخرًا أن نشاط الدماغ المرتبط بمهمة الذاكرة العاملة يتم الحفاظ عليه (أو حتى زيادته) عن طريق التعرض للضوء أحادي اللون الأزرق (470 نانومتر) ، بينما يتناقص تحت التعرض للضوء أحادي اللون (550 نانومتر) [9]. تم الكشف عن هذه التأثيرات في مناطق متورطة في الذاكرة العاملة مثل المهاد ، والجزرة ، و IPS ، والتلفيف فوق الحرج ، والتلفيف الجبهي الأوسط (MFG). ومع ذلك ، أجريت هذه الدراسات باستخدام التعرض للضوء لفترات طويلة نسبيًا (17 إلى 21 دقيقة). مناطق الدماغ التي تأثرت أولاً بالتعرض للضوء ، ومن خلال الاستدلال المتضمن في إنشاء استجابات غير مرئية للضوء ، تكون بالتالي غير معروفة إلى حد كبير عند البشر.

في هذه الدراسة ، استخدمنا التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي لتقييم التأثيرات المبكرة للضوء على وجه التحديد على الدماغ بأكمله أثناء قيام المشاركين بمهمة الذاكرة العاملة السمعية. استخدمنا التعرض البنفسجي المتناوب (430 نانومتر) ، والأزرق (473 نانومتر) ، أو الضوء أحادي اللون الأخضر (527 نانومتر) لكثافة الفوتون المتساوية للتحقيق في معالجة المنبهات التي تؤدي بشكل تفضيلي إلى تشغيل المخاريط S ، أو RGC التي تعبر عن الميلانوبسين ، أو المخاريط M ، على التوالى. استمر التعرض للضوء لمدة 50 ثانية ، وهي مدة قصيرة جدًا من منظور علم الأحياء اليومي البشري. افترضنا أن التعرضات قصيرة المدة من شأنها أن تحفز تعديلًا مستدامًا لاستجابات الدماغ المتعلقة بكتل المهمة المنجزة ، وأن هذه التحويرات كانت تعتمد على الطول الموجي. هذا من شأنه أن يسمح بإلقاء نظرة ثاقبة على المساهمات النسبية للمستقبلات الضوئية المختلفة في شبكية العين في وقت مبكر من إنشاء الاستجابات غير المرئية للضوء. في مثل هذا النطاق الزمني القصير ، من الصعب تحديد ما إذا كانت تحويرات نشاط الدماغ المكتشفة تشكل استجابات بصرية أو غير مرئية. ومع ذلك ، فإن هذا ليس ضروريًا لهدفنا ، وهو تحديد آليات الدماغ المشاركة في إنشاء استجابات للتعرض للضوء والتي ستؤدي في النهاية إلى استجابات غير مرئية مثل التغييرات في الإدراك واليقظة. افترضنا أيضًا أن مثل هذه التعريضات القصيرة لن تؤدي إلى استجابات محددة الطول الموجي في عدد كبير من مناطق الدماغ ولكنها ستؤثر بشكل أساسي على عدد قليل من المناطق المشاركة في إنشاء الاستجابات ، والتي يُفترض أنها مناطق تحت القشرة وجذع الدماغ. تدعم النتائج فرضياتنا وتشير إلى دور بارز للـ RGC المعبر عن الميلانوبسين في إنشاء استجابات الدماغ للضوء.


ما هي Rods

القضبان عبارة عن خلايا حساسة للضوء على شكل قضيب في معظم الأجزاء الطرفية من شبكية العين في عين الفقاريات. تم العثور على حوالي 120 مليون من القضبان في شبكية العين وهي حساسة للغاية للضوء. الرؤية التي تكتسبها القضبان تسمى الرؤية العكسية. نظرًا لأن القضبان حساسة للضوء المتناثر ، فإنها توفر الرؤية في الليل. ومع ذلك ، فإن القضبان ليست حساسة للألوان. وبالتالي ، فإنها توفر رؤية أحادية اللون. تحدث القضبان بشكل أساسي في المناطق الطرفية من شبكية العين وتكون النقرة المركزية ، وهي المنطقة المركزية للشبكية خالية من القضبان. يظهر هيكل خلية قضيب في شكل 1.

الشكل 1: خلية قضيب

رودوبسين هو نوع من الأصباغ البصرية الموجودة في القضبان. تحتوي جميع أغشية الخلايا العصوية على رودوبسين. لذلك ، يمكن تحديد نوع واحد فقط من القضبان في شبكية العين. تبلغ استجابة الضوء لخلايا القضيب ذروتها بشكل حاد عند اللون الأزرق.


نتائج ومناقشة

أشار نموذج التمييز اللوني إلى أن الغالبية العظمى من الأنواع البشرية أحادية اللون التي تم أخذ عينات منها في هذه الدراسة كانت في الواقع ثنائية اللون جنسياً للنظام البصري للطيور ، بغض النظر عن العتبات المستخدمة لتحديد ثنائية اللون (الشكل 1).F ). في Δس = 1.0 jnd عتبة ، 129 من 139 (92.8٪) نوعًا تم أخذ عينات منها تمتلك رقعة واحدة على الأقل من ريش الطيور ثنائية الألوان. حتى عندما تضاعف عتبة التمييز (Δس = 2.0 يان) ، كان 84 نوعًا من 139 نوعًا (60.4٪) من الطيور ثنائية اللون (الشكل 1F ). تمثل طيور الجاسرين أكبر إشعاع للطيور [& gt5،000 نوعًا (20)] ، وقد قدر العمال السابقون أن 69٪ من هذه الأنواع من البشر أحادي اللون جنسيًا (30) (الشكل 1)أ ). في حين أشار البعض إلى أن هذا التقدير قد يكون مرتفعًا بعض الشيء (13) ، فإن نتائجي تشير إلى أنه واسع المبالغة في تقدير عندما يتم النظر في القدرات البصرية للطيور. حتى في ظل العتبات المحافظة للتمييز (1.5-2.0 دينار) ، أعيد تقدير أن 18.4 - 27.3٪ فقط من جميع الجوازات هم طيور أحادية اللون جنسيًا (الشكل 1) د و ه ). أدى الاعتماد التاريخي على إدراك اللون البشري إلى المبالغة في تقدير أعداد الأنواع التي تكون أحادية اللون وظيفيًا (أي الطيور أحادية اللون) كشفت نتائجي عن تضارب واسع النطاق بين تصور الإنسان والطيور للريش لنسبة كبيرة من هذه الأنواع (الشكل 1). يكون ).

النسبة المئوية لأنواع الجواسيس المصنفة على أنها أحادية اللون جنسياً (سوداء) أو ثنائية اللون جنسياً (بيضاء). (أ) النسب المقدرة لجميع الجوازات (بنسبة 30) بناءً على القدرات البصرية البشرية. (يكون) إعادة تقدير نسب جميع الجوازات من منظور بصري للطيور ، بناءً على نتائج هذه الدراسة. (F) النسبة المئوية لـ 139 نوعًا من الأنواع أحادية اللون التي يُدركها الإنسان جنسيًا والتي تم تحديدها على أنها أحادية اللون أو ثنائية اللون جنسيًا وفقًا لنموذج Vorobyev-Osorio (19) ، بافتراض عتبات تمييز مختلفة لـس (في jnd). كل إعادة تقدير (يكون) من النسبة المئوية المقابلة (أدناه مباشرة) للأنواع ثنائية اللون الموضحة في F، على أساس قيمة عتبة التمييز المشار إليها. تتعارض تصنيفات ريش الغالبية العظمى من جميع أنواع الجواثم من منظور بصري للطيور مقارنة بالمنظور البصري البشري (قارن أ مع يكون) ، ما لم يتم تعيين تمييز العتبة بشكل متحفظ للغاية (≥2.0 jnd).

يدعو الصراع الإدراكي بين الإنسان والطيور لريش العديد من الطيور إلى التساؤل عن التفسيرات الحالية للأنماط التطورية للثنائية اللونية الجنسية. التعيين الخاطئ لنسبة كبيرة من أنواع الطيور ثنائية اللون كأبحاث مركزة أحادية اللون على تطور ازدواج اللون الجنسي إلى حالة يمكن اكتشافها بقدرات بصرية بشرية ، وبالتالي تفسير مكاسب ازدواج اللون الجنسي على أنها أصول ثنائية اللون الجنسي. علاوة على ذلك ، على الرغم من أنه يُفترض غالبًا أن الأشكال ثنائية اللون مشتقة من أشكال أحادية اللون عن طريق الانتقاء الجنسي للزخرفة (2) ، فقد وجدت الأبحاث الحديثة أن ثنائية اللون الجنسي عادة هي الحالة السلفية ، مع عمل الاختيار لتقليل الزخرفة في جنس واحد (تمت المراجعة) في المرجع 5). يشير انتشار أنواع الطيور ثنائية اللون الموجودة في هذه الدراسة ، بما في ذلك العديد من سلالات الجاسرين القاعدية (31) ، إلى أن الطرق المقارنة ستعيد بناء أسلاف الطيور ثنائية اللون لجميع الجوازات ، على الرغم من استمرار إجراء تحليلات تفصيلية. بشكل عام ، تدعم نتائجي صورة منقحة: بعض الأشكال أحادية اللون تطورت من أشكال ثنائية اللون ، على الرغم من أنه لا يمكن استبعاد التحيز الشديد في تطور ثنائية اللون من أسلاف الطيور أحادية اللون (32). في نهاية المطاف ، هناك حاجة إلى مزيد من أخذ عينات الأصناف المستهدفة التي تجمع بين تحليلات تلوين الريش ذات الصلة بالقدرات البصرية للطيور مع طرق المقارنة لتحديد اتجاه تغيير الريش داخل سلالات الجواثم.

يعرّف نموذج فوروبييف-أوسوريو التمييز اللوني بناءً على التكامل عبر النطاق الكامل للأطوال الموجية المرئية ، دون إعطاء أي إشارة إلى المساهمات النسبية لأطوال موجية محددة تسبب اختلافات في الإدراك. لقد ثبت مؤخرًا أن ألوان ريش الأشعة فوق البنفسجية منتشرة تصنيفيًا في الطيور (18 ، 33 ، 34) ، مما يساهم في ازدواج اللون الجنسي الذي لا يستطيع الإنسان رؤيته (11-16). ومع ذلك ، أظهرت نمذجة الانحدار اللوجستي أن 23 فقط من 552 (4.2٪) بقع ريش تم أخذ عينات منها (تمثل 22 نوعًا) لها ارتباطات قوية بين فقط س1 (أي الصيد الكمي للأشعة فوق البنفسجية) والجنس (انظر الجدول 1). في المقابل ، 198 من 552 (35.9٪) من بقع الريش كانت لها ارتباطات قوية بين واحدة على الأقل من Q2- س4 والجنس ، مما يشير إلى أن الأطوال الموجية ضمن النطاق البصري للإنسان (400-700 نانومتر) كانت منبئات قوية للجنس ، على الرغم من أن زوجًا معينًا من بقع الريش المتجانسة ظهر على أنه مطابق للعين البشرية. ومن ثم ، فإن الازدواج اللوني الجنسي المخفي عن الإدراك البشري يمتد عادة لأطوال موجية ضمن القدرات البصرية البشرية (Q2- س4) ، وليس فقط في الأشعة فوق البنفسجية. تشير بياناتي إلى أن الدراسات المستقبلية تحتاج إلى النظر في احتمالية وجود اختلافات في اللون بين الجنسين يمكن إدراكها للنظام البصري للطيور حتى على الأنواع التي تفتقر إلى الريش مع الألوان التي يحتمل أن تعكس الأشعة فوق البنفسجية (على سبيل المثال ، الأزرق أو البنفسجي ، انظر المراجع .15 و 16 و 18).

بالنسبة إلى 119 نوعًا من 139 نوعًا (85.6٪) تم أخذ عينات منها ، كان الصيد الكمي واحدًا على الأقل لرقعة ريش واحدًا مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بالجنس (الشكل 2). بالنسبة لـ 33 من 552 (6.0٪) من بقع الريش (وجدت في 28 نوعًا) ، لم يكن هناك تداخل في قيم الصيد الكمي بين الذكور والإناث في Q واحد على الأقل أنا، وبالتالي فإن هذا الجزء من التلوين تنبأ بالجنس تمامًا (انظر الجدول 1). تستند نتائجي إلى أحجام عينات صغيرة نسبيًا لكل مقارنة لرقعة ريش (ن = 5 ذكور و 5 إناث) ، وستوفر أحجام العينات الأكبر معلومات مفيدة بشأن التباين داخل الجنس في التلوين. إذا تم تجاوز الفروق بين الجنسين في التلوين للعديد من بقع الريش من خلال الفروق داخل الجنس ، فإن الصلة الوظيفية بيولوجيًا (أي موثوقية لون الريش للإشارة إلى الجنس) ستكون موضع تساؤل. بشكل عام ، أظهر الانحدار اللوجستي تباينات صغيرة داخل الجنس فيما يتعلق بالتباين بين الجنسين للعديد من بقع الريش. نظرًا لأن الهدف من هذه الدراسة كان أخذ عينات على نطاق واسع عبر الأصناف ، فقد تم تبادل أحجام العينة مع الاتساع التصنيفي ، ومع ذلك ، تدعم نتائجي متوسط ​​الألوان المستخدمة في نموذج تمييز الألوان كمعلومات وظيفية بيولوجيًا (29) ، وعلاقة وظيفية بين الإنسان غير المرئي يبدو أن التلوين والجنس للعديد من الأنواع البشرية أحادية اللون التي تم أخذ عينات منها في هذه الدراسة واضحًا.

مثال على صيد كمي واحد (Q أنا) التي ارتبطت ارتباطًا وثيقًا بالجنس في ظل نموذج الانحدار اللوجستي. المثال الموضح هنا ، من تلوين الرأس Prinia atrogularis، استخدم وظيفة ارتباط logit لإعادة تحويل الاحتمال المتوقع لكون الفرد ذكرًا مع إعطاء قيمة لـ Q3 (i.e., quantum catch for the middle-wave sensitive cone Eq. 1 ), based on the regression coefficient estimate (Table 1) from logistic regression modeling (see المواد والأساليب). The five male Q3 (black circles) and five female Q3 (white circles) values used to estimate the regression coefficient are plotted to confirm that increasing values of Q3 strongly correlate with an increasing probability of an individual being male in this example.

Herein, the visual model calculated distance in avian perceptual color space (Δس) between each conspecific male and female feather patch. Thus, Δس calculations represent a means to quantify sexual dichromatism (Fig. 3), explicitly considering birds' color discriminatory abilities. Assuming a threshold for discrimination of 1.0 jnd, the magnitude of dichromatism for a feather patch can be calculated as Δس - 1. Δس values for feather patches sampled in this study ranged from 0.06 jnd (head coloration of Pseudochelidon eurystomina) to 12.71 jnd (crown coloration of Phlegopsis nigromaculatus) 324 of 552 (58.7%) feather patches sampled would be perceptible as sexually dichromatic to birds (Δس > 1.0 jnd Fig. 3). Although previous research quantifying dichromatism established dichromatism values across species (e.g., refs. 3, 4, and 35), lower bounds for this continuum were set by the limits of بشري color discrimination. As a result, most studies of sexual selection for elaborate color ornamentation have focused on only a subset of the continuum that is functionally relevant to birds (e.g., many examples in ref. 2). Recent research concluded that avian plumage signals can exploit intertaxon perceptual differences (36), and inclusion of conspecific signals hidden from human investigators but shown in this study to be available to birds could further facilitate understanding of functions of plumage coloration. For example, since the discovery of sexual differences in the blue-UV crown coloration of blue tits (11–12), color in this feather patch has been shown to be important in social interactions (37), mate choice (38), parental care (39), and offspring sex ratios (40).

Proportions of 552 feather patches sampled from 139 human-perceived sexually monochromatic species with different magnitudes of sexual dichromatism from an avian visual perspective. Dichromatism scores are equivalent to Δس (in jnd) calculated from Eq. 2 . Assuming a threshold for color discrimination of 1.0 jnd, a large proportion of feather patches sampled (all ≥1.00 jnd) lie along a continuum of avian sexual dichromatism that is not detectable with human visual capabilities.

In conclusion, the Vorobyev–Osorio color discrimination model (19) offers an approach to quantifying sexual dichromatism in relation to avian visual capabilities. My results indicate that sexually monochromatic avian passerine bird species are much less common than previously thought. These results have far-reaching implications for behavioral and ecological studies of birds, because plumage signals hidden from human perception might be a pervasive feature of avian coloration and not merely restricted to UV wavelengths. Furthermore, the results of this study refocus questions of plumage evolution toward an explanation of the rarity of أحادي اللون species, rather than dichromatic species, which could provide novel insights into the role of different selective pressures driving avian plumage evolution.


Some have claimed to have glimpsed galaxies three million light years away

The trillion stars in the Andromeda Galaxy, on account of their extreme distance, add up to just a fuzzily luminous patch in the sky. That said, the Andromeda Galaxy is colossal. In terms of its apparent size, even quintillions of miles away, the galaxy is six times the width of the full Moon. But so few of its photons reach our eyes that this celestial behemoth is rendered faint.

How clearly can we see?

Nevertheless, why is it that we can't pick out individual stars in the Andromeda Galaxy? The limits of our visual resolution, or acuity, come into play here. Visual acuity is the ability to discern a detail such as a point or line as separate from another without them blurring together.

You might therefore think of acuity's limits as the number of "pixels" we can discern.

Several factors set the boundaries for visual acuity, such as the spacing between the cones and rods packed onto the retina. The optics of the eyeball itself, which as we mentioned before prevent every available photon from alighting upon a photoreceptor cell, are important as well.

Eye charts test our ability to see the black and white differences that form a letter (Credit: Thinkstock)

Theoretically, studies have shown, the best we can do is about 120 pixels per degree of arc, a unit of angular measurement. That works out to about a fingernail held at arm's length with 60 horizontal and 60 vertical lines on it, alternating in black and white, creating a checkerboard pattern. "That's about the finest pattern you could ever see," says Landy.

Vision tests, like the popular Snellen eye chart at your optician's with the progressively smaller letters on it, operate on the same principle. The chart gauges at what point someone can no longer separate out a white gap in a black letter, distinguishing a capital F from a capital P, for instance. These acuity limits help explain why we cannot discern and focus on a single, dim, biological cell that's mere micrometres across.

But let's not sell ourselves short. A million colours single photons galactic realms quintillions of miles distant – not bad for the blobs of jelly in our eye sockets, wired to a 1.4 kilogram sponge in our skulls.


مقدمة

In a classical wavelength discrimination experiment, the observer views a bipartite field, one half filled with light of a standard wavelength and the other with light of a comparison wavelength. The wavelength of the comparison field is changed in small steps and the observer adjusts the radiance of the comparison field following each change in an attempt to make the two fields perceptually identical. Wavelength discrimination threshold is reached when the observer reports that the two fields always appear different, regardless of the radiance of the comparison [1]. This discrimination threshold in humans is a “w” shaped function of the wavelength of the light: it has a central peak at around wavelength nanometers (nm), minima at and nm, and rises up sharply for nm and for very short wavelengths[1] similar results hold for the macaque monkey and presumably other old world primates[2].

This work aims to see if human monochromatic light discrimination thresholds can be understood as optimal decoding of the sensory input using the information available in the cones, regardless of the specific neural mechanisms involved. In particular, we derive and evaluate a photon noise limited ideal observer that performs wavelength discrimination based on the numbers of photons absorbed in the three classes of cone. It is well known that human performance does not approach that of a photon noise limited ideal observer[3], [ 4], [ 5], [ 6], and thus our primary aim here is to determine how well the shape of the human wavelength discrimination function is explained by the ideal observer, regardless of its overall amplitude. If the shape were perfectly explained, then it would imply that the neural mechanisms following the cones are equally efficient for different wavelengths.

Wavelength discrimination of monochromatic lights is one of the visual tasks most suited to ideal observer analysis for the following reasons. Input sampling by the photoreceptors is among the best quantitatively understood process along the visual processing pathway. In particular, the wavelength sensitivities of cones are known, and the stochastic nature of the cone absorption levels can be described by Poisson distributions of absorption levels. The discrimination task is simple because it involves purely chromatic discrimination, so the spatial and temporal aspects of the inputs can be ignored or absorbed by the scale for the total input intensity. Therefore, total cone absorptions by the excited cones can lead to sufficient statistics for analysing the consequent decoding and its uncertainty of the input stimulus.

There have been many previous studies using ideal observer analysis to understand human visual performance[7], [ 3], [ 4], [ 5], [ 8], [ 6]. Geisler[8] in particular used such an analysis to understand many human discrimination tasks based on cone responses. Among these tasks analyzed is our task of monochromatic light discrimination. His work and the current work are both based on the maximum likelihood method which can be used to optimally estimate or discriminate sensory inputs from their evoked neural responses. These two methods are approximately equivalent in the principle of maximum likelihood discrimination of two stimuli. However, this previous work did not identify an important issue that is essential for fully understanding the behavioral data. This issue is that of a confound in perception of multiple sensory features – in particular, human observers can easily confuse an input color change with an input intensity change when monochromatic lights are the inputs for example a long wavelength input may appear darker when the input wavelength is increased while input intensity is held fixed. This confusion reduces human ability in hue discrimination when observers do not have the full knowledge of input intensities. To fully account for the behavioral data, this confound should be formulated explicitly in the ideal observer analysis.

The current work presents an augmented formulation of the ideal observer analysis to address sensory discrimination under a perceptual confound, and applies it to wavelength discrimination behavior. The sensory input includes both sensory feature dimensions: one is the input wavelength dimension whose discrimination is of interest, and the other is the input intensity dimension which interferes or interacts with wavelength discrimination through the perceptual confound and the experimental methods used. Our mathematical formulation of this problem of sensory discrimination under perceptual confound is general. While it is applied specifically to the wavelength discrimination problem in this paper, it can also be applied elsewhere. It will enable us to identify experimental methods which can provide more reliable measurments of the discrimination performance. From our formulation, we derive how the threshold is related to the cones' wavelength sensitivities and the input light intensity, illustrate how sensitively the predictions depend on the relative densities of the three types of cones in the retina, and analyze why the discrimination threshold varies with the input wavelength in the ways observed. We show that our theoretical predictions from the augmented ideal observer analysis to accommodate the perceptual confound can give a better account of the behavioral data. Furthermore, we show how different sizes of stimuli used by different experiments may explain their different patterns of results. A preliminary report about this work has been presented elsewhere[9].


Rods Do Not See Red!

The light response of the rods peaks sharply in the blue they respond very little to red light. This leads to some interesting phenomena:

Red rose at twilight: In bright light, the color-sensitive cones are predominant and we see a brilliant red rose with somewhat more subdued green leaves. But at twilight, the less-sensitive cones begin to shut down for the night, and most of the vision comes from the rods. The rods pick up the green from the leaves much more strongly than the red from the petals, so the green leaves become brighter than the red petals!

The ship captain has red instrument lights. Since the rods do not respond to red, the captain can gain full dark-adapted vision with the rods with which to watch for icebergs and other obstacles outside. It would be undesirable to examine anything with white light even for a moment, because the attainment of optimum night-vision may take up to a half-hour. Red lights do not spoil it.

These phenomena arise from the nature of the rod-dominated dark-adapted vision, called scotopic vision.


شاهد الفيديو: كيف نرى الألوان - كولم كيليهر (كانون الثاني 2022).