گیرنده مخروطی و استوانه‌ای: یاخته‌های نوری برای دید رنگی و دید سیاه‌ و سفید

گیرنده مخروطی و استوانه‌ای: رنگین‌کمان درون چشم شما

ساختار و عملکرد دو نیروی بینایی

برای درک چگونگی کار این دو سلول، بهتر است ابتدا جایگاه آن‌ها را بشناسیم. نور پس از عبور از عدسی چشم، روی پرده‌ای در پشت کره چشم به نام شبکیه¹ می‌تابد. شبکیه پر از سلول‌های گیرنده نور است که نور را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. این سیگنال‌ها سپس از طریق عصب بینایی به مغز فرستاده می‌شوند و مغز آن‌ها را به تصویر تبدیل می‌کند.

حالا بیایید تفاوت این دو سلول را با یک مثال ساده شروع کنیم. فرض کنید می‌خواهید در یک روز آفتابی یک نقاشی رنگارنگ را ببینید یا در یک شب مهتابی مسیر خانه را پیدا کنید. مخروطی‌ها مثل یک دوربین با کیفیت بالا در نور زیاد عمل می‌کنند که هم رنگ و هم جزئیات را به خوبی نشان می‌دهد. اما استوانه‌ای‌ها مثل یک دوربین دید در شب هستند که در تاریکی فعال می‌شوند، اما تصویر را سیاه و سفید و کمی ناواضح نشان می‌دهند.

چگونه مخروطی‌ها دنیا را رنگارنگ می‌کنند؟

جالب است بدانید که همه‌ی مخروطی‌ها یکسان نیستند. آن‌ها به سه نوع اصلی تقسیم می‌شوند که هر کدام به طول موج خاصی از نور حساس‌تر هستند. مغز با مقایسه‌ی سیگنال‌های دریافتی از این سه نوع، تمام رنگ‌هایی که می‌بینیم را می‌سازد. به زبان ساده:

• مخروطی‌های حساس به نور قرمز: بیشتر به رنگ‌های قرمز و نارنجی واکنش نشان می‌دهند.
• مخروطی‌های حساس به نور سبز: بیشتر به رنگ‌های سبز و زرد واکنش نشان می‌دهند.
• مخروطی‌های حساس به نور آبی: بیشتر به رنگ‌های آبی و بنفش واکنش نشان می‌دهند.

وقتی به یک موز نگاه می‌کنید، نور زرد بازتاب شده از آن، هم مخروطی‌های قرمز و هم مخروطی‌های سبز را تحریک می‌کند، اما مخروطی‌های آبی را کمتر. مغز شما این ترکیب سیگنال را به عنوان رنگ "زرد" تفسیر می‌کند. این سیستم شبیه به ساخت رنگ‌ها در یک صفحه‌نمایش تلویزیون است که از ترکیب نورهای قرمز، سبز و آبی (RGB) استفاده می‌کند.

تطابق با تاریکی: یک فرآیند شگفت‌انگیز

حتما برایتان پیش آمده که از یک محیط روشن ناگهان وارد یک اتاق تاریک سینما شوید. در لحظات اول، تقریبا چیزی نمی‌بینید، اما پس از چند دقیقه، کم‌کم شکل صندلی‌ها و افراد را تشخیص می‌دهید. این فرآیند به دلیل تطابق با تاریکی² است. در نور زیاد، هر دو سلول فعالند، اما رنگ‌ها را مخروطی‌ها تشخیص می‌دهند. وقتی نور کم می‌شود، مخروطی‌ها که حساسیت کمتری دارند، از کار می‌افتند و استوانه‌ای‌ها که بسیار حساس‌ترند، وارد عمل می‌شوند. اما استوانه‌ای‌ها فقط سایه‌های خاکستری را نشان می‌دهند، به همین دلیل در نور کم، دنیا برایمان سیاه و سفید به نظر می‌رسد.

ماده‌ای شیمیایی در استوانه‌ای‌ها به نام رودوپسین³ وجود دارد که در نور تجزیه می‌شود. وقتی به تاریکی می‌رویم، بدن زمان نیاز دارد تا دوباره این ماده را بسازد و حساسیت استوانه‌ای‌ها را افزایش دهد. این همان چند دقیقه‌ای است که در سینما منتظر می‌مانیم تا چشمانمان با تاریکی "سازگار" شود.

از صفحه‌موبایل تا نقاشی: کاربردها در زندگی روزمره

درک عملکرد این سلول‌ها به ما کمک می‌کند بفهمیم چرا برخی چیزها را به گونه‌ای خاص طراحی می‌کنند:

• خوانایی متن: متن کتاب‌ها معمولا سیاه بر روی زمینه سفید است. کنتراست بالا بین این دو رنگ، هم مخروطی‌ها و هم استوانه‌ای‌ها را به خوبی درگیر می‌کند و خواندن را آسان‌تر می‌سازد.
• علائم راهنمایی و رانندگی: رنگ‌های قرمز (توقف)، زرد (احتیاط) و سبز (عبور) به دلیلی انتخاب شده‌اند. مخروطی‌های حساس به این رنگ‌ها، این علائم را حتی از دور به راحتی تشخیص می‌دهند.
• نقاشی و عکاسی: یک نقاش با ترکیب رنگ‌های اصلی (قرمز، زرد، آبی) هزاران رنگ دیگر می‌سازد که این دقیقا بر اساس نحوه‌ی تحریک سه نوع مخروطی در چشم ما است. عکاسان نیز برای عکس‌برداری در شب، از تنظیماتی استفاده می‌کنند که حساسیت حسگر دوربین (شبیه استوانه‌ای‌ها) را افزایش می‌دهد.
• چراغ قوه‌های قرمز: ستاره‌شناسان یا سربازان گاهی از چراغ قوه با نور قرمز استفاده می‌کنند. چون استوانه‌ای‌ها نسبت به نور قرمز حساسیت بسیار کمی دارند، این نور باعث نمی‌شود رودوپسین درون آن‌ها تجزیه شود و تطابق چشم با تاریکی از بین نرود. بنابراین فرد می‌تواند هم نقشه را ببیند و هم همچنان دید خوبی در تاریکی داشته باشد.

پرسش‌های مهم و باورهای نادرست

پاورقی

¹شبکیه (Retina): لایه‌ای حساس به نور در پشت چشم که تصویر بر روی آن تشکیل می‌شود و گیرنده‌های نوری (مخروطی و استوانه‌ای) در آن قرار دارند.

²تطابق با تاریکی (Dark Adaptation): فرآیندی که طی آن چشم پس از قرار گرفتن در محیط کم نور، حساسیت خود را افزایش می‌دهد تا بتواند بهتر ببیند. این فرآیند عمدتا ناشی از بازسازی ماده‌ی رودوپسین در یاخته‌های استوانه‌ای است.

³رودوپسین (Rhodopsin): ماده‌ای شیمیایی حساس به نور (پیگمان) که در یاخته‌های استوانه‌ای یافت می‌شود. تجزیه‌ی آن توسط نور، شروع فرآیند بینایی در نور کم است.

⁴کوررنگی (Color Blindness): یک نقص در دید رنگ‌ها که معمولا ارثی است و در آن فرد در تشخیص برخی رنگ‌ها (معمولا قرمز و سبز) مشکل دارد. این وضعیت به دلیل نقص در یک یا چند نوع از یاخته‌های مخروطی رخ می‌دهد.