暗所視と色覚(暗い場所で色が分からなくなる理由)

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このウェブページでは、『暗所視と色覚(暗い場所で色が分からなくなる理由)』の用語解説をしています。

錐体細胞と桿体細胞の『二重作用説』による視覚の説明

暗所視を司る桿体細胞の単一変数の原理と色覚の仕組み


錐体細胞と桿体細胞の『二重作用説』による視覚の説明

人間の視覚は、光の刺激(モノが反射する光)を電気的信号に変換することによってモノ(事物)を見ているが、この光刺激を電気的信号に変換する役割を果たしているのが『視細胞』である。視細胞には明るい場所で働いて色覚(色の違いの識別)を司っている『錐体細胞(すいたいさいぼう,cone cell)』と暗い場所でも働いてモノの形態認識を司っている『桿体細胞(かんたいさいぼう,Rod cell)』の二種類がある。

錐体細胞は異なる波長の光線を区別して認識する『色覚』を司っているが、光への感度が弱いので充分な光量(明るさ)がないとモノの色を見極めることはできない。桿体細胞は一種類だけしかないので『色覚』の機能とは関係していないが、光への感度が高いので明るさのない『暗所』でもモノの形や動きを知覚することができる。暗所では色覚を司る錐体細胞は働かず、モノの形・動きを認識する桿体細胞だけが働くので、暗所ではモノの形は分かっても色の違いは殆ど分からないのである。

色の違い(波長の違い)に対して敏感に反応する錐体細胞は、光量(波幅)に対して鈍感であるが、『赤錐体・青錐体・緑錐体』の3種類の錐体細胞があるのでその組み合わせでさまざまな色の違いを認識することができる。人の錐体細胞は『中心窩』の付近に集中していて、桿体細胞はその周縁に位置しているので、暗所では『中心視野の視力(錐体細胞の部分で感じる視力)』が低下することになる。

ヒトの網膜の錐体細胞には、長波長(黄色周辺)に反応する『赤錐体』、中波長(黄緑周辺)に反応する『緑錐体』、短波長(青周辺)に反応する『青錐体』の三種類の細胞があり、これらの錐体細胞の色覚の組み合わせは『赤・緑・青の光の三原色(3色型色覚)』に対応しているのである。錐体細胞と桿体細胞という2種類の視細胞系の働きで、視覚・色覚の仕組みを説明する仮説を『二重作用説(duplicity theory)』と呼んでいる。

視覚は錐体と桿体のいずれが機能しているかによって、以下のような視覚の種類に分類することができる。

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暗所視を司る桿体細胞の単一変数の原理と色覚の仕組み

単一の種類の視細胞だけしかない桿体細胞は、色の違いを区別して認識することができないが、上記したように赤・緑・青の三種類の視細胞を持つ錐体細胞は、それらの分光感度の違いを活かして色の違いを区別して認識することができる。桿体細胞で光刺激を電気的神経信号に変換する仕組みを説明するのが『単一変数の原理(principle of univariance)』である。

単一変数の原理というのは、光の波長に関係なく、視細胞内にある視物質に吸収された光の強度(光量子の数)のみによって視細胞の応答の仕方が決まってしまうという原理のことである。これは、視細胞が一種類だけしかない桿体細胞では、吸収された光の効果が波長によって変わらないということを意味しており、『波長の異なる色光』に対する桿体細胞の反応はどの波長に対しても同じになってしまうのである。つまり、桿体細胞は『光の強度の違い』を敏感に認識するが、『光の波長の違い』についてはそもそも認識するような仕組みが備わっていないということなのである。

錐体細胞のように『赤錐体・緑錐体・青錐体』の3種類の視細胞がある場合には、『光の波長の違い』によって3種類の錐体の反応の仕方と割合が変わってくるため、いくら『光の強度』を調節しても3種類の錐体の反応をまったく同じにすることは不可能である。異なる分光感度を持った3種類の錐体細胞によって、『光の波長の違い』『光の強度の違い』を独立的に符号化することが可能になり、『明るい赤色と暗い赤色の違い』など色の微妙な明るさや感覚の違いまで認識することができるようになるのである。

厳密には、人間の色覚は『錐体細胞の反応』だけによって知覚される色の種類が決まるわけではなく、『錐体細胞で符号化された色の情報』『脳内・後頭葉の視覚野』において階層的な色情報の処理を受けることで『何色を見ているのかの色覚』が決定されることになる。

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