بسم الله الرحمن الرحيم

وبه نستعين

الألوان / خلايا الشبكية – الفرق بين خلايا العصى والمخاريط

Retinal Cells - The Difference Between Rod and Cone Cells

مصادر الضوء

Sources of Light

عندما ننظر إلى تفاحة ونلاحظ لونها الأحمر الساطع، فإن ما نراه في الحقيقة هو موجات الضوء المنعكسة. حيث يوجد عنصران يشكلان أشعة الضوء الساقطة والمرتدة لموجات الضوء من سطح معين. حيث يأتي الشعاع الساقط من مصدر الضوء الذي يصطدم بالجسم. وعندما يسقط شعاع الضوء على السطح فإنه يرتد مرة أخرى في الجهة المعاكسة، وبناء على ذلك يكون هناك نوعين من أشعة الضوء، شعاع الضوء الساقط، وشعاع الضوء المنعكس.

تتصف أشعة الضوء الساقط والمنعكس بأنها جميعا متوازية. وعندما يرتد الشعاع المنعكس عن الجسم، تحدث الرؤية ونكون قادرين على رؤية لون العنصر أو التفاحة. عندما يكون السطح أملس، ترتد الموجات الضوئية أو تنعكس بطريقة متساوية ومنتظمة. والعكس صحيح، مع وجود سطح خشن، ترتد الحزم أو الأشعة المنعكسة وتنتشر في اتجاهات مختلفة.

مثال (1)

في الصورة أدناه، عندما يضرب الضوء الأبيض لون البرتقالة، يتم امتصاص جميع الأطوال الموجية أو الألوان الطيفية باستثناء اللون البرتقالي الذي ينعكس، والذي يُعطي الفاكهة لونها واسمها فنرى البرتقالة. 

وهناك العديد من الفنانون اهتموا بتأثير أشعة الضوء في العلوم وفي الفنون، ومنهم أليسون شوتز Alyson Shotz والذي اهتم بالأشياء والعلاقات المشتركة بين الفن والفيزياء. تختلف الأطوال الموجية في شعاع الضوء الأبيض عن بعضها البعض، فليس لكل الأطوال الموجية نفس الطول.

بعض الضوء المنعكس يمشي مسافة في مسار أطول قليلاً من البعض الآخر. وبالتالي وفقا لطول شعاع الضوء تتأثر طريقة رؤيتنا للألوان. وهناك عامل أخر مهم يؤثر في جودة رؤية الألوان هو طبيعة مصدر الضوء، هل هو قوي أم ضعيف أم حاد وهكذا. حيث تؤثر مصادر الضوء المختلفة على اللون، فيختلف اللون حسب نوع مصدر الإضاءة.

إن أفضل مصدر للضوء هو ضوء الشمس الطبيعي لأنه الأكثر دقة في إعادة إنتاج الألوان. ولكن يمكن الوصول لإضاءة مناسبة من خلال المصابيح الكهربية والتي تساوي سطوع ضوء الشمس وقوته. ومن أشهر أنواع المصابيح النيون والتنغستن والفلوريسنت والهالوجين. تستخدم مصابيح الهالوجين بشكل شائع في المصابيح الأمامية للسيارات لأنها تعطي ضوءًا ساطعًا للغاية يمكن أن يضيء مساحة كبيرة. ولكن إلى حد بعيد المصابيح الأكثر استخدامًا هي الفلوريسنت والتنغستن.

يتم استخدامها في كل من المنزل وفي نطاق الصناعة وتقدم الأفضل من حيث القدرة على تخفيض التكاليف وسهولة التشغيل والإضاءة الشاملة. جميع المصابيح هي مصادر للضوء المشع، مما يعني أن الضوء ينبعث مباشرة من مصدر للطاقة. إن المصادر الضوء المشع هي الشمس والمصابيح الكهربية من جميع الأنواع وأي نوع من الأجسام الساخنة الأخرى.

الضوء المنعكس وهو ناتج عن موجات الضوء المرتدة من جسم ما، مما يخلق اللون الذي نراه. ومثلا، عندما نرى نطاق أكبر من درجات اللون الأخضر والأزرق والبنفسجي. فقد يبدو الكائن وكأن له ظل تحت نوع معين من المصابيح، وفي نفس الوقت قد يبدو نفس الكائن لونه مختلفًا تمامًا عند مشاهدته تحت مصدر ضوء آخر.

وإن العديد من طلاب الفنون يعرفون هذه الظاهرة. فيقومون بعمل لوحة في المنزل تحت ضوء المصابيح المتوهجة، ولكنها تختلف عندما يحضرونها إلى الفصل حيث إضاءة الفصل من ضوء مصابيح الفلورسنت. ويشعر الطالب بأن ما قدمه أصبح مختلفاً، وللحصول على نتائج متسقة يمكن الاتفاق مقدما بين الطلاب والمدرسون على نوع مصدر الضوء.

فعندما يتغير نوع الضوء من ضوء النهار إلى ضوء التنغستن، فإن جودة درجات الألوان تتغير بشكل ملحوظ في اللوحات الفنية. حيث يجعل ضوء الشمس اللون يبدو أفتح وأكثر تشبعًا وكثافة.

عين الإنسان

The Human Eye

الآن بعد أن فهمنا كيف يؤثر الضوء على اللون، فإن العامل الرئيسي الآخر في إدراك اللون هو العين. في بعض الأحوال يُشار إلى العين باسم "الكاميرا"، إلا أنها أهم من الكاميرا بكثير. حيث أن العين جهاز استقبال معقد للغاية يرسل معلوماته كنبضات كهربائية إلى المخ، وهذا بدوره يجعل هذه المنبهات المختلفة منطقية.

يفسر المخ البيانات المرسلة إليه وكذلك الصور المرئية والألوان وغيره من الأشياء التي نراها هي في الواقع. إن وظيفة تفسير البيانات تخص العقل وليس العين، إن العين البشرية هي في الواقع جهاز مستقبل للضوء. حيث يمر الضوء عبر القرنية cornea فيعمل ذلك على تركيز موجات الضوء. وكذلك إن وظيفة القرنية أن تحمي العين وتعمل كغطاء واقي من الأشياء الضارة التي قد تدخل العين.

يمر الضوء بعد ذلك عبر الخلط الزجاجي أو المائي aqueous humor في العين وهو جزء محدب مليء بالسوائل فوق الجزء الملون في منتصف العين، وكذلك يوجد الخلط الزجاجي أو المائي Vitreous Humor في العين وهو عبارة عن سائل يملأ مقلة العين، والخلط المائي هو مادة مليئة بالسوائل ووظيفتها أن تزود عضو العين بالتغذية، ويستمر الخلط الزجاجي ليغطي عدسة العين lens، لتصل أخيرًا أشعة الضوء إلى شبكية العين retina.

يدخل الضوء إلى بؤبؤ أو حدقة العين pupil ويضرب الشبكية في مؤخرة مقلة العين التي تحتوي على خلايا العصي والمخاريط. وتترجم هذه المستقبلات الضوئية أو خلايا العصى والمخاريط الضوء إلى نبضات كهربائية. وتنتقل هذه المعلومات إلى المخ عبر العصب البصري.

أما الشبكية فتقع في الجزء الخلفي من العين، تحتوي شبكية العين على عدة طبقات من الخلايا المتخصصة في الرؤية والتي تقوم بتفسير الجوانب المختلفة للبيانات والصور الواردة، وينشط الضوء الأصباغ أو الألوان الحساسة للضوء في العصي والمخاريط. تشكل هذه الخلايا أو المستقبلات البصرية في شبكية العين طبقة المستقبلات الضوئية، وتشمل الشبكية نوعين من الخلايا وهم خلايا العصي والمخاريط. 

خلايا العصى (القضبان) والمخاريط

Rods and Cones

إن السبب في تسمية خلايا الشبكية بهذه الأسماء هو شكلها، فهناك خلايا في العين تشبه العصي أو القضبان. أما خلايا المخاريط فهي تشبه شكل المخروط أو القمع.

خلايا العصى Rods

خلايا القضبان أو العصى تبدو طويلة ورفيعة وذات شكل أسطواني، ووظيفتها التعرف على الفرق بين النور والظلام، وتفسير البيانات في ظل الضوء والظلام. وهذه الخلايا لا تتعرف أو تفسر اللون أبداً. وهذا هو السبب في أنه عندما يأتي شيء ما إلى مجال رؤيتك، فإنك تحدد شكله بوقت طويل قبل أن تتمكن من تحديد لونه.

خلايا العصى مرتبطة بتفسير رؤية شيء مثل الأبيض والأسود، فهي ترى درجات الأشياء من فاتح أو غامق وتحدد حجم الضوء على الجسم وحجم الظلام، دون أن يكون لذلك علاقة بالألوان.

يمكن أن تعمل القضبان في الإضاءة الخافتة للغاية. فعلى سبيل المثال، عندما تذهب للنوم في غرفتك وتغلق النور فإنك لا تزال تستطيع تفسير مكان السرير أو الدولاب، حيث يمكن رؤيتهم ولكن دون أي نوع من الوضوح فإننا نرى كتل فاتحة وغامقة بدون ألوان. والسبب في هذه الرؤية هو خلايا العصى.

خلايا المخاريط Cones

خلايا المخاريط عبارة عن مستقبلات دهنية منتفخة الشكل فتبدو مثل المخروط أو القمع، ووظيفتها أن تفسر وتدرك اللون. ولكي تعمل بكفاءة فإنها تتطلب المزيد من الضوء لمعالجة المعلومات. وهذا الشعور نشعر به بشكل فطري، فعندما نريد تفسير الألوان فتحتاج إلى المزيد من الضوء لمعالجة اللون، وهذا هو السبب في أننا نرى القليل جدًا من الألوان في الليل.

وهناك سبب آخر يتعلق بوضوح الرؤية وهو كمية الضوء وليس نوع خلايا الشبكية، فكلما زاد الضوء زاد سطوع ووضوح اللون الذي يمكن رؤيته. لذلك، من المنطقي تمامًا أنه في الليل عندما يكون هناك القليل جدًا من الضوء، سنكون قادرين فقط على إدراك كميات صغيرة من الألوان، بغض النظر عن علم وظائف الأعضاء.

هناك أكثر من 100 مليون خلية من العصى وحوالي 6 ملايين فقط من خلايا المخاريط في كل عين. حيث يتم تجميع العصي والمخاريط معًا في ثلاث مجموعات. تتكون المجموعة الأولى من جميع خلايا القضبان، والمجموعة التالية عبارة عن مزيج من العصي والمخاريط، وتتكون المجموعة الأخيرة من المخاريط فقط. وهذه المنطقة المكونة من المخاريط فقط توجد في منطقة في العين تسمى البقعة الصفراء والتي تحتوي على جزء يسمي النقرة fovea، وهي بقعة منخفضة تقع في مركز الشبكية.

تحتوي النقرة على 350.000 خلية مخروط وهي أصغر من رأس الدبوس. لهذا السبب، نرى اللون فقط كمنطقة صغيرة جدًا من مجال رؤيتنا. والنقرة أفضل منطقة لرؤية الألوان في العين أو المنطقة ذات أعلى حدة لونية. ومجالها حوالي درجتين فقط أمام مجال الرؤية الطبيعي. حيث تقوم أعيننا بشكل لا شعوري بتكبير هذه المنطقة عندما نريد فحص لون منطقة أو كائن.

يقع تحت النقرة مباشرة العصب البصري optic nerve، والذي يتكون من ألياف مشتقة من الخلايا العقدية للشبكية. ووظيفته أن ينقل المعلومات من العين إلى المخ حيث يتم تحويلها إلى الصور التي نراها في المخ. وعند النقطة التي يمر فيها العصب البصري عبر الشبكية، يوجد ثقب في شبكية العين حيث لا توجد مستقبلات ضوئية والذي يسمي البقعة العمياء blind spot.

ويوجد بقعة عمياء في كل مقلة عين، حيث لا يتلقى المخ أي معلومات بصرية من هذه المنطقة. توجد الخلايا المخروطية المسؤولة عن اكتشاف اللون في أعمق جزء من الشبكية. وبالتالي يصعب على العلماء الحصول على صور واضحة عنها. حيث تظهر ضبابية وغير واضحة وتبدو مثل نقاط حمراء أو خضراء أو زرقاء في الصور.

ترى خلايا الشبكية وخلايا المخاريط بالتحديد الألوان بشكل يتوافق مع الأطوال الموجية الكهرومغناطيسية للضوء. ومثال لذلك، ترى العين الطول الموجي للون الأزرق البنفسجي الأقصر في الطول أو المدى، وترى الأخضر متوسط، وترى الأحمر هو الأكثر طولا، ووجد الباحثون أن تنوع وكمية كل نوع من الخلايا المخروطية تختلف اختلافًا كبيرًا من شخص لآخر.

مثال (2)

في الصورة أعلاه، صور الخلايا المخروطية: كما نلاحظ، تختلف كمية ونوع خلايا مستقبلات اللون من شخص لآخر كما هو موضح في هاتين الصورتين. يمتلك الشخص "A" عددًا أكبر من خلايا المستقبلات الحساسة ذات الطول الموجي المتوسط ​​بينما يمتلك الشخص "B" خلايا مستقبلات حساسة ذات طول موجي أطول. ومع ذلك، يتمتع كلاهما برؤية طبيعية للألوان وإدراك اللون بنفس الطريقة. 

مع ذلك، وعلى الرغم من هذه الاختلافات، إلا أن الأشخاص يحددون الألوان بطريقة متطابقة تقريبًا. ويعتقد الباحثون أن السبب في ذلك مرتبط بالمخ الذي يلعب دورًا أكبر في تحديد اللون والتعرف عليه عكس ما كان يعتقد سابقًا، وحتى اليوم، فإن العلماء ليسوا متأكدين تمامًا من كيفية عمل المخاريط. لأنها تحتوي على صبغة حساسة للضوء تسمى اليودوبسين iodopsin.

يُعتقد أن هناك ثلاثة أنواع من الصبغة في خلايا المخاريط، حيث يستطيع كل منها استشعار طول موجي مختلف للضوء، فيكون الأزرق البنفسجي قصير، والأخضر متوسط​​، والأحمر هو الأطول. وتم قبول هذه النظرية بشكل عام، وتُعرف باسم نظرية ثلاثية الألوان trichromatic theory، ولكن حتى الآن يتعين إجراء الكثير من الأبحاث لمعرفة مدى دقة النظرية.

تحتوي خلايا العصى أو القضبان أيضًا على صبغة حساسة للضوء تسمى اللون الأرجواني المرئي visual purple أو رودوبسين rhodopsin. عندما يصطدم الضوء بهذه الصبغة، فإنه يحرقها بمعني يجعلها سوداء أو يبيضها، وبالتالي يغير الإشارة الكهربائية للظلام الذي تنتقل بواسطة العصي إلى المخ في الإضاءة المنخفضة، تحتوي القضبان على كميات كبيرة جدًا من اللون الأرجواني المرئي غير المبيض. مما يسمح لنا أن نرى في ظروف الإضاءة المنخفضة.

 

أرجو أن تنال التدوينة إعجابكم وإلى لقاء قريب بإذن الله

 

المراجع والمصادر

كتاب اللون في العصر الحديث Contemporary Color - Theory & Use

 

لمزيد من التواصل تابعونا على وسائل التواصل الاجتماعي

حساب "مدونة ألوان" على فيسبوك.

حساب "مدونة ألوان" على انستجرام.

حساب "مدونة ألوان" على تويتر.