为什么有些人会“色盲”？眼睛里的感光细胞如何影响色彩感知能力

色盲（更准确地称为色觉缺陷）的根本原因在于视网膜上的视锥细胞功能异常或缺失，这些细胞是负责色彩视觉的关键。要理解色盲，我们需要先了解正常的色彩感知机制：

正常色彩感知：视锥细胞的作用

• 视网膜结构： 人眼视网膜上有两种主要的光感受器细胞：视杆细胞和视锥细胞。
• 视杆细胞： 主要负责在暗光下的视觉（夜视），对光线强度非常敏感，但对颜色不敏感。它们只有一种类型。
• 视锥细胞： 主要负责在明亮光线下的视觉和色彩感知。它们有三种主要类型，每种类型对特定波长的光最为敏感：
  • L型视锥细胞 (长波)： 对长波长光（峰值约560-580纳米，感知为红色）最敏感。
  • M型视锥细胞 (中波)： 对中波长光（峰值约530-540纳米，感知为绿色）最敏感。
  • S型视锥细胞 (短波)： 对短波长光（峰值约420-440纳米，感知为蓝色）最敏感。
• 色彩感知原理： 当光线进入眼睛，不同波长的光会不同程度地刺激这三种视锥细胞。大脑通过比较这三种信号被激活的相对强度，来解读出我们看到的是什么颜色。例如：
  • 红光主要刺激L型细胞，轻微刺激M型细胞，几乎不刺激S型细胞 -> 大脑解读为“红色”。
  • 绿光主要刺激M型细胞，轻微刺激L型细胞，几乎不刺激S型细胞 -> 大脑解读为“绿色”。
  • 黄光同时较强地刺激L型和M型细胞，轻微刺激S型细胞 -> 大脑解读为“黄色”。
  • 白光同时强烈刺激所有三种细胞 -> 大脑解读为“白色”。

色盲的成因：视锥细胞功能异常或缺失 色盲的发生，就是因为上述三种视锥细胞中的一种或多种出现了问题：

• 遗传性色盲 (最常见)：

  • 基因缺陷： 控制L型和M型视锥细胞感光色素（视蛋白）生成的基因位于X染色体上。S型视锥细胞的基因在7号染色体上。
  • X染色体连锁隐性遗传： 由于男性只有一条X染色体（来自母亲），如果这条X染色体上携带了导致L型或M型视锥细胞异常的基因，他们就会表现出色盲。女性有两条X染色体，通常需要两条都携带异常基因才会发病（概率较低），所以男性色盲患者远多于女性。
  • 主要类型：
    • 红绿色盲/色弱： 这是最常见的类型（约占男性人口的8%，女性0.5%）。问题出在L型或M型视锥细胞上。
      • 红色盲 (第一色盲，Protanopia)： L型视锥细胞缺失或功能严重异常。患者难以区分红色、橙色、黄色和绿色，看到的红色很暗（接近黑色），绿色可能偏黄。
      • 红色弱 (Protanomaly)： L型视锥细胞功能减弱（感光色素异常）。对红光敏感度降低，区分红、橙、黄、绿的能力下降，但比红色盲患者稍好。
      • 绿色盲 (第二色盲，Deuteranopia)： M型视锥细胞缺失或功能严重异常。患者难以区分绿色、黄色、橙色和红色。
      • 绿色弱 (Deuteranomaly)： M型视锥细胞功能减弱（最常见类型）。对绿光敏感度降低，区分绿、黄、橙、红的能力下降。
    • 蓝黄色盲/色弱 (较少见)： 问题出在S型视锥细胞上（基因在7号染色体，男女发病率相近）。
      • 蓝色盲 (第三色盲，Tritanopia)： S型视锥细胞缺失或功能严重异常。患者难以区分蓝色和黄色，以及蓝绿色和紫色。看到的蓝色偏绿，黄色可能偏粉或浅灰。
      • 蓝色弱 (Tritanomaly)： S型视锥细胞功能减弱。区分蓝、绿、黄的能力下降。
    • 全色盲 (非常罕见)： 三种视锥细胞都缺失或功能完全丧失（Achromatopsia）。患者只能看到黑白灰的明暗层次，视力通常较差，畏光。这通常由多个基因的突变引起。

• 后天性色盲 (较少见)：

  • 原因： 眼部疾病（青光眼、黄斑变性、视网膜色素变性、糖尿病视网膜病变、视神经炎等）、脑部损伤（影响视觉皮层）、某些药物（如治疗心脏病的洋地黄、抗疟疾药、部分抗生素、抗精神病药等）的副作用、长期接触某些化学物质、衰老等。
  • 特点： 通常影响双眼，色觉异常的模式可能不同（如蓝黄色觉问题更常见），可能伴随其他视力问题（视野缺损、视力下降等）。可能随着原发疾病的治疗或停止接触有害物质而改善或稳定。

感光细胞如何影响色彩感知能力：关键点

• 细胞缺失 = 信号缺失： 如果某种视锥细胞完全缺失（如红色盲、绿色盲、蓝色盲），大脑就完全收不到该细胞类型对应的光谱信号。这使得大脑无法比较原本需要三种信号共同作用才能区分的颜色组合（特别是红绿、蓝黄）。
• 细胞功能减弱 = 信号减弱/偏移： 如果某种视锥细胞的功能减弱（如红色弱、绿色弱、蓝色弱），它产生的信号强度低于正常水平，或者其感光色素的敏感峰值发生了偏移（如更接近另一种细胞）。这导致大脑对信号强度的比较发生错误，从而混淆那些主要依赖该细胞与另一种细胞信号差异来区分的颜色。
• 光谱混淆： 色盲者无法区分的颜色对，通常是那些在正常三色视觉者眼中，刺激三种视锥细胞比例差异很大的颜色，但在色盲者眼中，这些颜色刺激剩余视锥细胞的比例变得非常相似甚至相同。例如，红绿色盲者眼中的“红色”和“绿色”，可能都主要刺激他们功能正常的M型（或L型）视锥细胞，且强度相似，大脑就解读为同一种颜色（通常是某种黄褐色调）。
• 色彩范围缩小： 色盲者能感知的色彩种类和饱和度比正常三色视觉者要少。他们的色彩世界是正常色彩世界的一个子集，某些颜色完全无法被感知，或者被感知为不饱和、暗淡的色调。
• 个体差异： 即使是同一种类型的色盲（如绿色弱），不同个体的严重程度和对颜色的具体混淆情况也可能有差异，这取决于其视锥细胞功能异常的具体程度和感光色素的偏移量。

总结：

色盲的本质是视网膜上负责色彩感知的视锥细胞（L、M、S型）的一种或多种功能异常或缺失。这种异常导致大脑无法正确接收和比较三种颜色信号（红、绿、蓝），从而无法准确区分某些特定的颜色组合（最常见的是红绿混淆）。遗传因素（尤其是X染色体上的基因缺陷）是绝大多数色盲的原因，主要影响红绿色觉。后天因素也可能导致色觉缺陷，但相对少见。理解视锥细胞的工作原理是解开色盲之谜的关键。