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Quelles sont les causes des couleurs que nous voyons dans les yeux ?

Quelles sont les causes des couleurs que nous voyons dans les yeux ?


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Mis à part la génétique, quelles sont les raisons biochimiques des différentes couleurs des iris humains ?

De plus, comment la couleur des yeux change-t-elle, en particulier pendant l'enfance ? (exemple : mes yeux étaient bleus, mais ils sont maintenant noisette verdâtre).


La couleur des yeux humains est déterminée par la pigmentation présent et le diffusion de la lumière. La variation de la couleur et de la densité des pigments affecte la façon dont la lumière est absorbée et réfléchie, provoquant les différentes couleurs d'iris que nous voyons. Wiki a une couverture assez complète sur le sujet, je vais donc utiliser quelques exemples de wikipedia pour expliquer comment la pigmentation et la diffusion de la lumière interagissent pour donner des couleurs :

Couleur des yeux bleus est le résultat d'un pigment en faible concentration et de la diffusion Rayleigh (ou effet Tyndall) des courtes longueurs d'onde lumineuses (le bleu est court, le rouge est long).

"Il n'y a pas de pigmentation bleue ni dans l'iris ni dans le liquide oculaire. La dissection révèle que l'épithélium pigmentaire de l'iris est noir brunâtre en raison de la présence de mélanine. Contrairement aux yeux bruns, les yeux bleus ont de faibles concentrations de mélanine dans le stroma de l'iris , qui se trouve devant l'épithélium sombre. Les longueurs d'onde plus longues de la lumière ont tendance à être absorbées par l'épithélium sombre sous-jacent, tandis que les longueurs d'onde plus courtes sont réfléchies et subissent une diffusion Rayleigh dans le milieu trouble du stroma. Il s'agit de la même dépendance de fréquence de la diffusion qui explique l'aspect bleu du ciel. Le résultat est une couleur structurelle « bleu Tyndall » qui varie en fonction des conditions d'éclairage extérieur.

yeux marrons sont le résultat de concentrations plus élevées de mélanine qui absorbe plus de lumière, réduisant la quantité de lumière réfléchie.

"Chez l'homme, les yeux bruns résultent d'une concentration relativement élevée de mélanine dans le stroma de l'iris, ce qui provoque l'absorption de la lumière des longueurs d'onde plus courtes et plus longues."

Yeux verts semblent être à mi-chemin entre le bleu et le brun, ils ont plus de pigment que le bleu mais moins que le brun.

"Comme dans le cas des yeux bleus, la couleur des yeux verts ne résulte pas simplement de la pigmentation de l'iris. Son apparition est plutôt causée par la combinaison d'une pigmentation ambrée ou brun clair du stroma, donnée par une faible ou concentration modérée de mélanine, avec le ton bleu conféré par la diffusion Rayleigh de la lumière réfléchie."

Vous pouvez en lire plus à ce sujet dans ces deux études : étude 1 et étude 2

Qu'est-ce que la diffusion Rayleigh / l'effet Tyndall et pourquoi les yeux deviennent-ils bleus ?

J'appellerai cela l'effet Tyndall, mais dans la littérature, Rayleigh et Tyndall sont tous deux utilisés car ils sont apparemment très similaires bien que Tyndall se produise avec des particules beaucoup plus grosses. L'effet Tyndall est causé par la diffusion variable de la lumière par les particules en fonction de la longueur d'onde de la lumière et de la taille relative des particules. Les lumières de longueurs d'onde plus courtes sont plus diffusées que les plus longues (donc plus de lumière rouge est absorbée que bleue), ce qui signifie que plus de lumière bleue est réfléchie. Lorsque plus de mélanine est présente dans l'iris, elle absorbe mieux la lumière à courte longueur d'onde que lorsqu'il y a peu de mélanine. Par conséquent, les personnes ayant de faibles niveaux de mélanine semblent avoir les yeux bleus.

"Une analogie avec cette dépendance à la longueur d'onde est que les ondes électromagnétiques à ondes longues telles que les ondes radio sont capables de traverser les murs des bâtiments, tandis que les ondes électromagnétiques à ondes courtes telles que les ondes lumineuses sont arrêtées et réfléchies par les murs."

Pourquoi la couleur des yeux change-t-elle ?

Encore une fois, wikipedia a une section assez complète à ce sujet et je vais juste la résumer et la citer directement. La couleur des yeux peut changer car les mélanocytes responsables des pigments doivent continuellement produire des pigments et, tout comme ceux qui causent la couleur des cheveux, ils peuvent devenir moins productifs (c'est pourquoi nous avons les cheveux gris) et cela se produit davantage avec l'âge. Les nourrissons ont souvent les yeux bleus qui deviennent foncés, tout comme les vôtres, car la mélanine s'accumule progressivement - il faut juste du temps pour que suffisamment de pigment s'accumule et permette à la couleur des yeux de correspondre à ses déterminants génétiques :

"La plupart des bébés d'ascendance européenne ont les yeux clairs avant l'âge d'un an. Au fur et à mesure que l'enfant se développe, les mélanocytes (cellules présentes dans l'iris des yeux humains, ainsi que dans la peau et les follicules pileux) commencent lentement à produire de la mélanine. Parce que les mélanocytes les cellules produisent continuellement des pigments, en théorie la couleur des yeux peut être modifiée.La plupart des changements oculaires se produisent lorsque le nourrisson a environ un an, bien que cela puisse arriver jusqu'à l'âge de trois ans.Observation de l'iris d'un nourrisson de côté en utilisant uniquement la lumière transmise sans réflexion de l'arrière de l'iris, il est possible de détecter la présence ou l'absence de faibles niveaux de mélanine.Un iris qui apparaît bleu sous cette méthode d'observation est plus susceptible de rester bleu à mesure que le nourrisson vieillit. Le doré contient de la mélanine même à cet âge précoce et est susceptible de virer au vert ou au brun à mesure que le nourrisson vieillit. Modifications (éclaircissement ou assombrissement) de la couleur des yeux pendant la puberté, la petite enfance, la grossesse et parfois après un traumatisme grave (comme l'hétérochromie) représentent une cause d'argument plausible pour affirmer que certains yeux peuvent changer ou changent, en fonction de réactions chimiques et de changements hormonaux dans le corps… la couleur des yeux au fil du temps peut être sujette à changement, et une démélanisation majeure de l'iris peut également être génétiquement déterminé."

Dans cette étude, 10 à 15 % des personnes étudiées présentaient des changements dans la couleur des yeux au-delà de l'enfance. Par conséquent, bien que la couleur soit généralement stable après l'enfance, il n'est pas rare que les yeux changent, et cela est probablement dû à des changements dans la composition de la mélanine. Cette étude est également un exemple de changement de couleur chez les oiseaux.

Une note latérale: Animaux avec d'autres couleurs

Il est courant que les animaux aient d'autres couleurs d'yeux, par exemple les merles (Turdus merula) ont un œil orange, qui est causé par les pigments caroténoïdes, plutôt que par la mélanine comme chez l'homme. La raison pour laquelle ils ont cela pourrait être un indicateur de la qualité de la parade nuptiale - les caroténoïdes sont difficiles à obtenir, les mâles aux yeux orange vif ont donc accès à de bonnes ressources alimentaires, et les merles femelles trouvent cela attrayant. (Cette section est toute de ma mémoire après une discussion avec un tuteur sur mon cours sur le terrain de premier cycle dans les îles Scilly).


Qu'est-ce que le spectre de la lumière visible ?

Le spectre de la lumière visible est la section du spectre de rayonnement électromagnétique qui est visible à l'œil humain. Essentiellement, cela équivaut aux couleurs que l'œil humain peut voir. Sa longueur d'onde varie d'environ 400 nanomètres (4 x 10 -7 m, ce qui est violet) à 700 nm (7 x 10 -7 m, qui est rouge). Il est également connu sous le nom de spectre optique de la lumière ou spectre de la lumière blanche.


Comment voit-on la couleur ?

Lorsque la lumière frappe un objet - disons, une banane - l'objet absorbe une partie de la lumière et réfléchit le reste. Les longueurs d'onde réfléchies ou absorbées dépendent des propriétés de l'objet.

Pour une banane mûre, les longueurs d'onde d'environ 570 à 580 nanomètres rebondissent. Ce sont les longueurs d'onde de la lumière jaune.

Lorsque vous regardez une banane, les longueurs d'onde de la lumière réfléchie déterminent la couleur que vous voyez. Les ondes lumineuses se reflètent sur la peau de la banane et frappent la rétine sensible à la lumière à l'arrière de l'œil. C'est là qu'interviennent les cônes.

Les cônes sont un type de photorécepteur, les minuscules cellules de la rétine qui répondent à la lumière. La plupart d'entre nous avons 6 à 7 millions de cônes, et presque tous sont concentrés sur un point de 0,3 millimètre de la rétine appelé fovea centralis.

Tous ces cônes ne se ressemblent pas. Environ 64 pour cent d'entre eux réagissent le plus fortement à la lumière rouge, tandis qu'environ un tiers sont le plus déclenchés par la lumière verte. Un autre 2 pour cent répond le plus fortement à la lumière bleue.

Lorsque la lumière de la banane frappe les cônes, elle les stimule à des degrés divers. Le signal résultant est zappé le long du nerf optique jusqu'au cortex visuel du cerveau, qui traite l'information et revient avec une couleur : le jaune.

Les humains, avec nos trois types de cônes, discernent mieux les couleurs que la plupart des mammifères, mais de nombreux animaux nous battent dans le département de vision des couleurs. De nombreux oiseaux et poissons ont quatre types de cônes, leur permettant de voir la lumière ultraviolette ou la lumière avec des longueurs d'onde plus courtes que ce que l'œil humain peut percevoir.

Certains insectes peuvent également voir dans l'ultraviolet, ce qui peut les aider à voir des motifs sur les fleurs qui nous sont complètement invisibles. Pour un bourdon, ces roses ne sont peut-être pas si rouges après tout.


Contenu

Isaac Newton a découvert que la lumière blanche, après avoir été divisée en ses couleurs composantes lorsqu'elle est passée à travers un prisme dispersif, pouvait être recombinée pour produire de la lumière blanche en les faisant passer à travers un prisme différent.

Le spectre de la lumière visible s'étend d'environ 380 à 740 nanomètres. Les couleurs spectrales (couleurs produites par une bande étroite de longueurs d'onde) telles que le rouge, l'orange, le jaune, le vert, le cyan, le bleu et le violet peuvent être trouvées dans cette gamme. Ces couleurs spectrales ne se réfèrent pas à une seule longueur d'onde, mais plutôt à un ensemble de longueurs d'onde : rouge, 625-740 nm orange, 590-625 nm jaune, 565-590 nm vert, 500-565 nm cyan, 485-500 nm bleu , 450-485 nm violet, 380-450 nm.

Les longueurs d'onde plus longues ou plus courtes que cette plage sont appelées respectivement infrarouge ou ultraviolet. Les humains ne peuvent pas voir ces longueurs d'onde, mais d'autres animaux le peuvent.

Détection de teinte Modifier

Des différences de longueur d'onde suffisantes entraînent une différence dans la teinte perçue. La différence de longueur d'onde juste perceptible varie d'environ 1 nm dans les longueurs d'onde bleu-vert et jaune à 10 nm et plus dans les longueurs d'onde rouges plus longues et bleues plus courtes. Bien que l'œil humain puisse distinguer jusqu'à quelques centaines de teintes, lorsque ces couleurs spectrales pures sont mélangées ou diluées avec de la lumière blanche, le nombre de chromaticités distinguables peut être assez élevé. [ ambigu ]

A très faible luminosité, la vision est scotopique : la lumière est détectée par les bâtonnets de la rétine. Les bâtonnets sont extrêmement sensibles aux longueurs d'onde proches de 500 nm et jouent peu ou pas de rôle dans la vision des couleurs. Dans une lumière plus vive, comme la lumière du jour, la vision est photopique : la lumière est détectée par les cellules coniques qui sont responsables de la vision des couleurs. Les cônes sont sensibles à une gamme de longueurs d'onde, mais sont plus sensibles aux longueurs d'onde proches de 555 nm. Entre ces régions, la vision mésopique entre en jeu et les bâtonnets et les cônes fournissent des signaux aux cellules ganglionnaires rétiniennes. Le passage de la perception des couleurs de la lumière tamisée à la lumière du jour donne lieu à des différences connues sous le nom d'effet Purkinje.

La perception du "blanc" est formée par l'ensemble du spectre de la lumière visible, ou par le mélange de couleurs de quelques longueurs d'onde chez les animaux avec quelques types de récepteurs de couleurs. Chez l'homme, la lumière blanche peut être perçue en combinant des longueurs d'onde telles que le rouge, le vert et le bleu, ou simplement une paire de couleurs complémentaires telles que le bleu et le jaune. [4]

Couleurs non spectrales Modifier

Il existe une variété de couleurs en plus des couleurs spectrales et de leurs teintes. Il s'agit notamment des couleurs en niveaux de gris, des nuances de couleurs obtenues en mélangeant des couleurs en niveaux de gris avec des couleurs spectrales, des couleurs violet-rouge, des couleurs impossibles et des couleurs métalliques.

Les couleurs en niveaux de gris comprennent le blanc, le gris et le noir. Les bâtonnets contiennent de la rhodopsine, qui réagit à l'intensité lumineuse, fournissant une coloration en niveaux de gris.

Les nuances incluent des couleurs telles que le rose ou le marron. Le rose est obtenu en mélangeant du rouge et du blanc. Le brun peut être obtenu en mélangeant l'orange avec du gris ou du noir. La marine est obtenue en mélangeant du bleu et du noir.

Les couleurs rouge-violet incluent des teintes et des nuances de magenta. Le spectre lumineux est une ligne sur laquelle le violet est une extrémité et l'autre est rouge, et pourtant nous voyons des teintes de violet qui relient ces deux couleurs.

Les couleurs impossibles sont une combinaison de réponses coniques qui ne peuvent pas être produites naturellement. Par exemple, les cônes moyens ne peuvent pas être activés complètement seuls s'ils l'étaient, nous verrions une couleur «hyper-verte».

La perception de la couleur commence par des cellules rétiniennes spécialisées appelées cellules coniques. Les cellules coniques contiennent différentes formes d'opsine - une protéine pigmentaire - qui ont des sensibilités spectrales différentes. Les humains en contiennent trois types, ce qui entraîne une vision trichromatique des couleurs.

Chaque cône individuel contient des pigments composés d'apoprotéine d'opsine liée de manière covalente à un groupe prothétique absorbant la lumière : soit 11-cis-hydrorétinienne ou, plus rarement, 11-cis-déhydrorétinienne. [5]

Les cônes sont classiquement étiquetés selon l'ordre des longueurs d'onde des pics de leurs sensibilités spectrales : types de cônes court (S), moyen (M) et long (L). Ces trois types ne correspondent pas bien à des couleurs particulières telles que nous les connaissons. Au contraire, la perception de la couleur est obtenue par un processus complexe qui commence par la sortie différentielle de ces cellules dans la rétine et qui se termine dans le cortex visuel et les zones associatives du cerveau.

Par exemple, alors que les cônes L ont été simplement appelés récepteurs rouges, la microspectrophotométrie a montré que leur sensibilité maximale se situe dans la région jaune verdâtre du spectre. De même, les cônes S et les cônes M ne correspondent pas directement au bleu et au vert, bien qu'ils soient souvent décrits comme tels. Le modèle de couleur RVB est donc un moyen pratique de représenter la couleur mais n'est pas directement basé sur les types de cônes de l'œil humain.

Le pic de réponse des cônes humains varie, même parmi les individus ayant une vision des couleurs dite normale [6], chez certaines espèces non humaines, cette variation polymorphe est encore plus grande, et elle pourrait bien être adaptative. [ jargon ] [7]

Théories Modifier

Deux théories complémentaires de la vision des couleurs sont la théorie trichromatique et la théorie du processus de l'adversaire. La théorie trichromatique, ou théorie de Young-Helmholtz, proposée au XIXe siècle par Thomas Young et Hermann von Helmholtz, postule trois types de cônes préférentiellement sensibles au bleu, au vert et au rouge, respectivement. Ewald Hering a proposé la théorie du processus de l'adversaire en 1872. [8] Elle déclare que le système visuel interprète la couleur d'une manière antagoniste : rouge contre vert, bleu contre jaune, noir contre blanc. Les deux théories sont généralement acceptées comme valides, décrivant différentes étapes de la physiologie visuelle, visualisées dans le diagramme adjacent. [9] : 168 Vert ←→ Magenta et Bleu ←→ Jaune sont des échelles avec des limites mutuellement exclusives. De la même manière qu'il ne peut exister de nombre positif « légèrement négatif », un seul œil ne peut percevoir un jaune bleuté ou un vert rougeâtre. Bien que ces deux théories soient toutes deux des théories actuellement largement acceptées, des travaux passés et plus récents ont conduit à des critiques de la théorie du processus adverse, découlant d'un certain nombre de ce qui est présenté comme des divergences dans la théorie du processus adverse standard. Par exemple, le phénomène d'image rémanente de couleur complémentaire peut être induit en fatiguant les cellules responsables de la perception des couleurs, en fixant longuement une couleur vibrante, puis en regardant une surface blanche. Ce phénomène de couleurs complémentaires démontre que le cyan, plutôt que le vert, est le complément du rouge et que le magenta, plutôt que le rouge, est le complément du vert, tout en démontrant, par conséquent, que la couleur vert rougeâtre proposée pour être impossible par la théorie du processus de l'adversaire est, en fait, la couleur jaune. Bien que ce phénomène soit plus facilement expliqué par la théorie trichromatique, les explications de l'écart peuvent inclure des modifications de la théorie du processus de l'adversaire, telles que la redéfinition des couleurs de l'adversaire en rouge contre cyan, pour refléter cet effet. Malgré ces critiques, les deux théories restent en usage. Une démonstration récente, utilisant le Color Mondrian, a montré que, tout comme la couleur d'une surface faisant partie d'une scène "naturelle" complexe est indépendante de la composition en longueur d'onde-énergie de la lumière réfléchie par elle seule mais dépend de la composition de la lumière réfléchie par son environnement également, de sorte que l'image consécutive produite en regardant une partie donnée d'une scène complexe est également indépendante de la composition énergétique de la longueur d'onde de la lumière réfléchie par elle seule. Ainsi, alors que la couleur de l'image rémanente produite en regardant une surface verte qui reflète plus la lumière « verte » (ondes moyennes) que la lumière « rouge » (ondes longues) est magenta, l'image rémanente de la même surface lorsqu'elle réfléchit plus de lumière "rouge" que "verte" (quand elle est encore perçue comme verte). Cela semble exclure une explication de l'opposition de couleur basée sur l'adaptation du cône rétinien. [dix]

Cellules coniques dans l'œil humain Modifier

Une gamme de longueurs d'onde de la lumière stimule chacun de ces types de récepteurs à des degrés divers. Le cerveau combine les informations de chaque type de récepteur pour donner lieu à différentes perceptions des différentes longueurs d'onde de la lumière.

Type de cône Nom Varier Longueur d'onde de crête [11] [12]
S ?? 400–500 nm 420-440 nm
M ?? 450-630 nm 534-555 nm
L ?? 500–700 nm 564-580 nm

Les cônes et les bâtonnets ne sont pas répartis uniformément dans l'œil humain. Les cônes ont une densité élevée au niveau de la fovéa et une faible densité dans le reste de la rétine. [13] Ainsi, les informations sur la couleur sont principalement recueillies au niveau de la fovéa. Les humains ont une mauvaise perception des couleurs dans leur vision périphérique, et une grande partie de la couleur que nous voyons dans notre périphérie peut être remplie par ce que notre cerveau s'attend à être là sur la base du contexte et des souvenirs. Cependant, notre précision de perception des couleurs à la périphérie augmente avec la taille du stimulus. [14]

Les opsines (photopigments) présentes dans les cônes L et M sont codées sur le chromosome X dont le codage défectueux conduit aux deux formes les plus courantes de daltonisme. Les OPN1LW Le gène, qui code pour l'opsine présente dans les cônes L, est hautement polymorphe. Une étude a trouvé 85 variantes dans un échantillon de 236 hommes. [15] Un petit pourcentage de femmes peut avoir un type supplémentaire de récepteur de couleur car elles ont des allèles différents pour le gène de la L opsine sur chaque chromosome X. L'inactivation du chromosome X signifie que bien qu'une seule opsine soit exprimée dans chaque cellule conique, les deux types peuvent se produire globalement, et certaines femmes peuvent donc présenter un degré de vision des couleurs tétrachromatique. [16] Variations de OPN1MW, qui code pour l'opsine exprimée dans les cônes M, semble rare et les variantes observées n'ont aucun effet sur la sensibilité spectrale.

La couleur dans le cerveau humain Modifier

Le traitement des couleurs commence très tôt dans le système visuel (même au sein de la rétine) par le biais de mécanismes initiaux d'opposition à la couleur. La théorie trichromatique de Helmholtz et la théorie du processus adversaire de Hering sont donc correctes, mais la trichromie apparaît au niveau des récepteurs, et les processus adverses surviennent au niveau des cellules ganglionnaires rétiniennes et au-delà. Dans la théorie de Hering, les mécanismes de l'adversaire font référence à l'effet de couleur opposé du rouge-vert, du bleu-jaune et du clair-foncé. Or, dans le système visuel, c'est l'activité des différents types de récepteurs qui s'oppose. Certaines cellules ganglionnaires rétiniennes naines s'opposent à l'activité des cônes L et M, ce qui correspond approximativement à l'opposition rouge-vert, mais s'étend en fait le long d'un axe allant du bleu-vert au magenta. Les petites cellules ganglionnaires rétiniennes bistratifiées s'opposent à l'entrée des cônes S à l'entrée des cônes L et M. On pense souvent que cela correspond à l'opposition bleu-jaune, mais s'étend en fait le long d'un axe de couleur allant du jaune-vert au violet.

Les informations visuelles sont ensuite envoyées au cerveau depuis les cellules ganglionnaires de la rétine via le nerf optique jusqu'au chiasma optique : un point où les deux nerfs optiques se rencontrent et les informations du champ visuel temporal (controlatéral) passent de l'autre côté du cerveau. Après le chiasma optique, les voies visuelles sont appelées voies optiques, qui pénètrent dans le thalamus pour se synapser au niveau du noyau genouillé latéral (LGN).

Le noyau genouillé latéral est divisé en lames (zones), dont il existe trois types : les lames M, constituées principalement de cellules M, les lames P, constituées principalement de cellules P, et les lames koniocellulaires. Les cellules M et P reçoivent un apport relativement équilibré des cônes L et M dans la majeure partie de la rétine, bien que cela ne semble pas être le cas au niveau de la fovéa, les cellules naines se synapsant dans les lames P. Les lames koniocellulaires reçoivent les axones des petites cellules ganglionnaires bistratifiées. [17] [18]

Après la synapse au LGN, le tractus visuel continue jusqu'au cortex visuel primaire (V1) situé à l'arrière du cerveau dans le lobe occipital. Au sein de V1, il y a une bande distincte (striation). Ceci est également appelé "cortex strié", avec d'autres régions visuelles corticales appelées collectivement "cortex extrastrié". C'est à ce stade que le traitement des couleurs devient beaucoup plus compliqué.

En V1, la simple ségrégation tricolore commence à s'effondrer. De nombreuses cellules de V1 répondent mieux à certaines parties du spectre que d'autres, mais ce "réglage des couleurs" est souvent différent en fonction de l'état d'adaptation du système visuel. Une cellule donnée qui pourrait répondre le mieux à la lumière de grande longueur d'onde si la lumière est relativement brillante pourrait alors devenir sensible à toutes les longueurs d'onde si le stimulus est relativement faible. Parce que le réglage des couleurs de ces cellules n'est pas stable, certains pensent qu'une population différente, relativement petite, de neurones dans V1 est responsable de la vision des couleurs. Ces « cellules de couleur » spécialisées ont souvent des champs récepteurs qui peuvent calculer les rapports de cônes locaux. De telles cellules "à double adversaire" ont été initialement décrites dans la rétine de poisson rouge par Nigel Daw [19] [20] leur existence chez les primates a été suggérée par David H. Hubel et Torsten Wiesel, démontrée pour la première fois par CR Michael [21] et ensuite prouvée par Bevil Conway. [22] Comme l'ont montré Margaret Livingstone et David Hubel, les cellules doubles opposantes sont regroupées dans des régions localisées de V1 appelées blobs, et on pense qu'elles existent en deux saveurs, rouge-vert et bleu-jaune. [23] Les cellules rouge-vert comparent les quantités relatives de rouge-vert dans une partie d'une scène avec la quantité de rouge-vert dans une partie adjacente de la scène, répondant le mieux au contraste de couleur local (rouge à côté du vert). Des études de modélisation ont montré que les cellules à double adversaire sont des candidats idéaux pour la machinerie neuronale de la constance des couleurs expliquée par Edwin H. Land dans sa théorie du rétinex. [24]

À partir des blobs V1, les informations de couleur sont envoyées aux cellules de la deuxième zone visuelle, V2. Les cellules de V2 dont la couleur est la plus fortement accordée sont regroupées dans les « bandes minces » qui, comme les taches de V1, se colorent pour l'enzyme cytochrome oxydase (séparant les bandes minces sont des bandes intercalaires et des bandes épaisses, qui semblent être concernées par d'autres informations visuelles comme le mouvement et la forme haute résolution). Les neurones du V2 se synapsent ensuite sur les cellules du V4 étendu. Cette zone comprend non seulement V4, mais deux autres zones du cortex temporal inférieur postérieur, antérieure à la zone V3, le cortex temporal inférieur postérieur dorsal et le TEO postérieur. [26] [27] La ​​zone V4 a d'abord été suggérée par Semir Zeki comme étant exclusivement dédiée à la couleur, [28] et il a montré plus tard que V4 peut être subdivisée en sous-régions avec de très fortes concentrations de cellules colorées séparées les unes des autres par des zones à plus faible concentration de ces cellules bien que même ces dernières cellules répondent mieux à certaines longueurs d'onde qu'à d'autres, [29] une conclusion confirmée par des études ultérieures. [26] [30] [31] La présence dans V4 de cellules sélectives d'orientation a conduit à considérer que V4 est impliqué dans le traitement à la fois de la couleur et de la forme associée à la couleur [32] mais il convient de noter que les cellules sélectives d'orientation dans V4 sont plus largement réglés que leurs homologues en V1, V2 et V3. [29] Le traitement des couleurs dans le V4 étendu se produit dans des modules de couleur de la taille d'un millimètre appelés globs. [26] [27] C'est la partie du cerveau dans laquelle la couleur est d'abord transformée en toute la gamme de teintes trouvées dans l'espace colorimétrique. [33] [26] [27]

Des études anatomiques ont montré que les neurones du V4 étendu fournissent des informations au lobe temporal inférieur. On pense que le cortex "IT" intègre les informations de couleur avec la forme et la forme, bien qu'il ait été difficile de définir les critères appropriés pour cette affirmation. Malgré cette opacité, il a été utile de caractériser cette voie (V1 > V2 > V4 > IT) comme le flux ventral ou le "quel chemin", distinct du flux dorsal ("où le chemin") qui est censé analyser le mouvement, entre autres fonctionnalités.

La couleur est une caractéristique de la perception visuelle par un observateur. Il existe une relation complexe entre les longueurs d'onde de la lumière dans le spectre visuel et les expériences humaines de la couleur. Bien que la plupart des gens soient supposés avoir la même cartographie, le philosophe John Locke a reconnu que des alternatives sont possibles et a décrit un tel cas hypothétique avec l'expérience de pensée « spectre inversé ». Par exemple, une personne avec un spectre inversé peut ressentir du vert en voyant une lumière « rouge » (700 nm) et ressentir du rouge en voyant une lumière « verte » (530 nm). Cette inversion n'a cependant jamais été démontrée expérimentalement.

La synesthésie (ou ideasthesia) fournit des exemples atypiques mais éclairants d'expérience subjective des couleurs déclenchée par des entrées qui ne sont même pas lumineuses, telles que des sons ou des formes. La possibilité d'une dissociation nette entre l'expérience de la couleur et les propriétés du monde révèle que la couleur est un phénomène psychologique subjectif.

Le peuple Himba classe les couleurs différemment de la plupart des Occidentaux et est capable de distinguer facilement des nuances de vert proches, à peine perceptibles pour la plupart des gens. [34] Les Himba ont créé une palette de couleurs très différente qui divise le spectre en nuances sombres (zuzu en himba), très léger (vapa), bleu vif et vert (buru) et des couleurs sèches comme adaptation à leur mode de vie spécifique.

La perception de la couleur dépend fortement du contexte dans lequel l'objet perçu est présenté.

Adaptation chromatique Modifier

Dans la vision des couleurs, l'adaptation chromatique fait référence à la constance des couleurs, la capacité du système visuel à préserver l'apparence d'un objet sous une large gamme de sources lumineuses. [35] Par exemple, une page blanche sous une lumière bleue, rose ou violette reflétera principalement la lumière bleue, rose ou violette vers l'œil, respectivement le cerveau compense l'effet de l'éclairage (basé sur le changement de couleur de objets environnants) et est plus susceptible d'interpréter la page comme blanche dans les trois conditions, un phénomène connu sous le nom de constance des couleurs.

En science des couleurs, l'adaptation chromatique est l'estimation de la représentation d'un objet sous une source lumineuse différente de celle dans laquelle il a été enregistré. Une application courante consiste à trouver un transformation d'adaptation chromatique (CAT) qui rendra l'enregistrement d'un objet neutre neutre (balance des couleurs), tout en gardant les autres couleurs également réalistes. [36] Par exemple, les transformations d'adaptation chromatique sont utilisées lors de la conversion d'images entre des profils ICC avec différents points blancs. Adobe Photoshop, par exemple, utilise le Bradford CAT. [37]

De nombreuses espèces peuvent voir la lumière avec des fréquences en dehors du "spectre visible" humain. Les abeilles et de nombreux autres insectes peuvent détecter la lumière ultraviolette, ce qui les aide à trouver du nectar dans les fleurs. Les espèces végétales qui dépendent de la pollinisation par les insectes peuvent devoir leur succès de reproduction aux "couleurs" et aux motifs ultraviolets plutôt qu'à la façon dont ils apparaissent colorés aux humains. Les oiseaux aussi peuvent voir dans l'ultraviolet (300-400 nm), et certains ont des marques dépendant du sexe sur leur plumage qui ne sont visibles que dans l'ultraviolet. [38] [39] Beaucoup d'animaux qui peuvent voir dans la gamme ultraviolette, cependant, ne peuvent pas voir la lumière rouge ou toute autre longueur d'onde rougeâtre. Par exemple, le spectre visible des abeilles se termine à environ 590 nm, juste avant le début des longueurs d'onde orange. Les oiseaux, cependant, peuvent voir certaines longueurs d'onde rouges, mais pas aussi loin dans le spectre lumineux que les humains. [40] C'est un mythe que le poisson rouge commun est le seul animal qui peut voir à la fois la lumière infrarouge et ultraviolette [41] leur vision des couleurs s'étend dans l'ultraviolet mais pas dans l'infrarouge. [42]

La base de cette variation est le nombre de types de cônes qui diffèrent entre les espèces. Les mammifères, en général, ont une vision des couleurs d'un type limité et ont généralement un daltonisme rouge-vert, avec seulement deux types de cônes. Les humains, certains primates et certains marsupiaux voient une gamme étendue de couleurs, mais uniquement en comparaison avec d'autres mammifères. La plupart des espèces de vertébrés non mammifères distinguent différentes couleurs au moins aussi bien que les humains, et de nombreuses espèces d'oiseaux, de poissons, de reptiles et d'amphibiens, et certains invertébrés, ont plus de trois types de cônes et une vision des couleurs probablement supérieure à celle des humains.

Chez la plupart des Catarrhini (singes et singes de l'Ancien Monde – des primates étroitement liés à l'homme), il existe trois types de récepteurs de couleur (appelés cellules coniques), ce qui entraîne une vision trichromatique des couleurs. Ces primates, comme les humains, sont connus sous le nom de trichromates. De nombreux autres primates (y compris les singes du Nouveau Monde) et d'autres mammifères sont des dichromates, qui sont l'état général de vision des couleurs pour les mammifères actifs pendant la journée (c'est-à-dire les félins, les canidés, les ongulés). Les mammifères nocturnes peuvent avoir peu ou pas de vision des couleurs. Les mammifères trichromates non primates sont rares. [9] : 174–175 [43]

De nombreux invertébrés ont une vision des couleurs. Les abeilles et les bourdons ont une vision trichromatique des couleurs qui est insensible au rouge mais sensible aux ultraviolets. Osmie Rufa, par exemple, possèdent un système de couleur trichromatique, qu'ils utilisent pour chercher le pollen des fleurs. [44] Compte tenu de l'importance de la vision des couleurs pour les abeilles, on pourrait s'attendre à ce que ces sensibilités des récepteurs reflètent leur écologie visuelle spécifique, par exemple les types de fleurs qu'elles visitent. Cependant, les principaux groupes d'insectes hyménoptères à l'exclusion des fourmis (c'est-à-dire les abeilles, les guêpes et les tenthrèdes) ont principalement trois types de photorécepteurs, avec des sensibilités spectrales similaires à celles de l'abeille. [45] Papilio les papillons possèdent six types de photorécepteurs et peuvent avoir une vision pentachromatique. [46] Le système de vision des couleurs le plus complexe du règne animal a été trouvé chez les stomatopodes (comme la crevette mante) ayant entre 12 et 16 types de récepteurs spectraux censés fonctionner comme plusieurs unités dichromatiques. [47]

Les animaux vertébrés tels que les poissons tropicaux et les oiseaux ont parfois des systèmes de vision des couleurs plus complexes que les humains, de sorte que les nombreuses couleurs subtiles qu'ils présentent servent généralement de signaux directs pour les autres poissons ou oiseaux, et non pour les mammifères. [48] ​​Dans la vision des oiseaux, la tétrachromie est obtenue à travers jusqu'à quatre types de cônes, selon les espèces. Chaque cône contient l'un des quatre principaux types de photopigment de cône vertébré (LWS/MWS, RH2, SWS2 et SWS1) et possède une gouttelette d'huile colorée dans son segment interne. [45] Les gouttelettes d'huile aux couleurs vives à l'intérieur des cônes déplacent ou rétrécissent la sensibilité spectrale de la cellule. Les pigeons peuvent être des pentachromates. [49]

Les reptiles et les amphibiens ont également quatre types de cônes (parfois cinq) et voient probablement au moins le même nombre de couleurs que les humains, voire plus. De plus, certains geckos et grenouilles nocturnes ont la capacité de voir les couleurs dans la pénombre. [50] [51] Au moins certains comportements guidés par la couleur chez les amphibiens se sont également avérés entièrement innés, se développant même chez les animaux visuellement privés. [52]

Dans l'évolution des mammifères, des segments de vision des couleurs ont été perdus, puis pour quelques espèces de primates, récupérés par duplication de gènes. Eutherian mammals other than primates (for example, dogs, mammalian farm animals) generally have less-effective two-receptor (dichromatic) color perception systems, which distinguish blue, green, and yellow—but cannot distinguish oranges and reds. There is some evidence that a few mammals, such as cats, have redeveloped the ability to distinguish longer wavelength colors, in at least a limited way, via one-amino-acid mutations in opsin genes. [53] The adaptation to see reds is particularly important for primate mammals, since it leads to the identification of fruits, and also newly sprouting reddish leaves, which are particularly nutritious.

However, even among primates, full color vision differs between New World and Old World monkeys. Old World primates, including monkeys and all apes, have vision similar to humans. New World monkeys may or may not have color sensitivity at this level: in most species, males are dichromats, and about 60% of females are trichromats, but the owl monkeys are cone monochromats, and both sexes of howler monkeys are trichromats. [54] [55] [56] [57] Visual sensitivity differences between males and females in a single species is due to the gene for yellow-green sensitive opsin protein (which confers ability to differentiate red from green) residing on the X sex chromosome.

Several marsupials, such as the fat-tailed dunnart (Sminthopsis crassicaudata), have trichromatic color vision. [58]

Marine mammals, adapted for low-light vision, have only a single cone type and are thus monochromats. [ citation requise ]

Color perception mechanisms are highly dependent on evolutionary factors, of which the most prominent is thought to be satisfactory recognition of food sources. In herbivorous primates, color perception is essential for finding proper (immature) leaves. In hummingbirds, particular flower types are often recognized by color as well. On the other hand, nocturnal mammals have less-developed color vision since adequate light is needed for cones to function properly. There is evidence that ultraviolet light plays a part in color perception in many branches of the animal kingdom, especially insects. In general, the optical spectrum encompasses the most common electronic transitions in the matter and is therefore the most useful for collecting information about the environment.

The evolution of trichromatic color vision in primates occurred as the ancestors of modern monkeys, apes, and humans switched to diurnal (daytime) activity and began consuming fruits and leaves from flowering plants. [59] Color vision, with UV discrimination, is also present in a number of arthropods—the only terrestrial animals besides the vertebrates to possess this trait. [60]

Some animals can distinguish colors in the ultraviolet spectrum. The UV spectrum falls outside the human visible range, except for some cataract surgery patients. [61] Birds, turtles, lizards, many fish and some rodents have UV receptors in their retinas. [62] These animals can see the UV patterns found on flowers and other wildlife that are otherwise invisible to the human eye.

Ultraviolet vision is an especially important adaptation in birds. It allows birds to spot small prey from a distance, navigate, avoid predators, and forage while flying at high speeds. Birds also utilize their broad spectrum vision to recognize other birds, and in sexual selection. [63] [64]

A "physical color" is a combination of pure spectral colors (in the visible range). In principle there exist infinitely many distinct spectral colors, and so the set of all physical colors may be thought of as an infinite-dimensional vector space (a Hilbert space). This space is typically notated HCouleur. More technically, the space of physical colors may be considered to be the topological cone over the simplex whose vertices are the spectral colors, with white at the centroid of the simplex, black at the apex of the cone, and the monochromatic color associated with any given vertex somewhere along the line from that vertex to the apex depending on its brightness.

An element C de HCouleur is a function from the range of visible wavelengths—considered as an interval of real numbers [Wmin,Wmax]—to the real numbers, assigning to each wavelength w in [Wmin,Wmax] its intensity C(w).

A humanly perceived color may be modeled as three numbers: the extents to which each of the 3 types of cones is stimulated. Thus a humanly perceived color may be thought of as a point in 3-dimensional Euclidean space. We call this space R 3 Couleur.

Since each wavelength w stimulates each of the 3 types of cone cells to a known extent, these extents may be represented by 3 functions s(w), m(w), je(w) corresponding to the response of the S, M, et L cone cells, respectively.

Finally, since a beam of light can be composed of many different wavelengths, to determine the extent to which a physical color C dans HCouleur stimulates each cone cell, we must calculate the integral (with respect to w), over the interval [Wmin,Wmax], of C(ws(w), of C(wm(w), and of C(wje(w). The triple of resulting numbers associates with each physical color C (which is an element in HCouleur) a particular perceived color (which is a single point in R 3 Couleur). This association is easily seen to be linear. It may also easily be seen that many different elements in the "physical" space HCouleur can all result in the same single perceived color in R 3 Couleur, so a perceived color is not unique to one physical color.

Thus human color perception is determined by a specific, non-unique linear mapping from the infinite-dimensional Hilbert space HCouleur to the 3-dimensional Euclidean space R 3 Couleur.

Technically, the image of the (mathematical) cone over the simplex whose vertices are the spectral colors, by this linear mapping, is also a (mathematical) cone in R 3 Couleur. Moving directly away from the vertex of this cone represents maintaining the same chromaticity while increasing its intensity. Taking a cross-section of this cone yields a 2D chromaticity space. Both the 3D cone and its projection or cross-section are convex sets that is, any mixture of spectral colors is also a color.

In practice, it would be quite difficult to physiologically measure an individual's three cone responses to various physical color stimuli. Instead, a psychophysical approach is taken. [65] Three specific benchmark test lights are typically used let us call them S, M, et L. To calibrate human perceptual space, scientists allowed human subjects to try to match any physical color by turning dials to create specific combinations of intensities (jeS, jeM, jeL) for the S, M, et L lights, resp., until a match was found. This needed only to be done for physical colors that are spectral, since a linear combination of spectral colors will be matched by the same linear combination of their (jeS, jeM, jeL) matches. Note that in practice, often at least one of S, M, L would have to be added with some intensity to the physical test color, and that combination matched by a linear combination of the remaining 2 lights. Across different individuals (without color blindness), the matchings turned out to be nearly identical.

By considering all the resulting combinations of intensities (jeS, jeM, jeL) as a subset of 3-space, a model for human perceptual color space is formed. (Note that when one of S, M, L had to be added to the test color, its intensity was counted as negative.) Again, this turns out to be a (mathematical) cone, not a quadric, but rather all rays through the origin in 3-space passing through a certain convex set. Again, this cone has the property that moving directly away from the origin corresponds to increasing the intensity of the S, M, L lights proportionately. Again, a cross-section of this cone is a planar shape that is (by definition) the space of "chromaticities" (informally: distinct colors) one particular such cross-section, corresponding to constant X+Oui+Z of the CIE 1931 color space, gives the CIE chromaticity diagram.

This system implies that for any hue or non-spectral color not on the boundary of the chromaticity diagram, there are infinitely many distinct physical spectra that are all perceived as that hue or color. So, in general, there is no such thing as les combination of spectral colors that we perceive as (say) a specific version of tan instead, there are infinitely many possibilities that produce that exact color. The boundary colors that are pure spectral colors can be perceived only in response to light that is purely at the associated wavelength, while the boundary colors on the "line of purples" can each only be generated by a specific ratio of the pure violet and the pure red at the ends of the visible spectral colors.

The CIE chromaticity diagram is horseshoe-shaped, with its curved edge corresponding to all spectral colors (the spectral locus), and the remaining straight edge corresponding to the most saturated purples, mixtures of red and violet.


Parts of the Eye

The eyes sit in a group of bones that make up the eye socket, and muscles attach to our eyes here. These muscles attach to the sclera of our eyes, the outer layer, and this helps keep our eyes in place. The cornea, pupil, lens, and retina are some of the most well-known parts of the human eye. The clear part of the front of your eye is your cornea, and this is the part that initially focuses light coming into the eye. The amount of light that is let in is controlled by the pupil, like the shutter of a camera. The pupil changes size depending on how bright the light is around you if you pay attention, you will notice that your pupils are much smaller when you are in bright light. Surrounding your pupil is the colored part of your eye, which is your iris. The lens focuses the light that comes in onto the retina the retina is in the back of the eye so it can more easily send information to the brain.


How Scientists Study Color Vision in Different Organisms

Humans’ perception of color has shaped how scientists have studied color vision, leading to some misconceptions concerning why and how color vision evolved (Endler 1990 Bennett et al. 1994). The differences between the color vision of humans and the animals that the color patterns are directed toward could mean the difference between assuming an animal that is “brightly” colored is conspicuous, possibly attempting to attract a mate, and that the colors function as camouflage (Marshall 2000). Information gleaned from genetic studies is helping us rethink other assumptions about how animals perceive color. In the past, much of the psychological literature attributed differences between how women and men process color information to environmental factors for instance, young girls’ ability to identify primary colors by name better than young boys was explained by their greater verbal ability and interest in colors. But recent opsin gene analyses show that many females possess more than three photoreceptor pigments, indicating that there may be a genetic explanation for gender-based color perception differences (Jameson et al. 2001, See Fig. 1b) As new techniques and methods of examining colors and color vision are developed that do not rely on human color vision, we learn more about the diversity of colors and color vision across animals. Indeed, we have used these methods to learn more about color vision within humans as well (see above).

The measurement of colors independently of human vision has recently become practical with the use of spectoradiometers. While these devices can make measurements of the physical properties of colors, even the way in which the data is scored can introduce human bias if the measurements are then converted into color codes based on human perception. Scores that are independent of our perception of colors have been developed (see Endler 1990) and make it possible to examine the ability of animals with color vision perception very different from ours. But how do scientists determine the differences between spectra other animals can perceive? Behavioral studies, one of the most reliable methods scientists use to determine what colors an animal can see, do not require complex molecular techniques or sophisticated machines. In the early 1900s, Karl von Frisch, an Austrian naturalist and winner of the Nobel Prize, questioned the commonly held assumption that fish were color-blind. One of his main opponents was Karl von Hess, the director of Munich Eye Clinic, who primarily disagreed with von Frisch’s reasoning that natural selection would act on the senses of animals. Von Frish was able to demonstrate that fish could indeed perceive colors by training minnows to respond to colored objects. Today, scientists still use behavioral color discrimination experiments to determine what colors animals can see. To study the color vision of nocturnal geckos, for instance, researchers trained the geckos to choose between two cues, blue and grey stimuli, rewarding them with untreated “tasty” crickets or negatively reinforcing choices with treated “untasty” crickets (Roth and Kelber 2004).

Not all organisms lend themselves to behavioral studies. Another method to examine the potential for color vision employs molecular genetic analyses to determine what opsin genes an organism possesses. Genes that code for the different retinal photopigments sensitive to particular wavelengths of light can be detected with DNA sequencing. Therefore, it is possible to determine with a small piece of tissue if an animal possesses the genes necessary to make the photopigments to detect different colors. This method helps us learn about animals difficult to study in the wild, like the endangered aye-aye. Researchers who were able to obtain DNA samples of eight aye-ayes available at a few international research institutions gained a better understanding of how this nocturnal primate retained some color vision (Perry et al. 2007).

It is important to note, however, that having a gene for a particular protein does not necessarily mean that the information in that gene is used to actually make that protein. In other words, not all genes that an organism has are expressed all the time, or in some cases ever. Some genes are only expressed during development, and others are not expressed unless there is another gene or a particular environment present. Therefore, a third method to determine color perception of an animal involves postmortem analyses to see if the photopigments necessary to detect certain colors are present in their retinas. This may seem like the ultimate method to answer the question “what colors do animals see?” but it is not. While the number and spectral sensitivities of the photopigments usually give scientists a pretty good idea of what colors an animal can detect, behavioral experiments have shown that this is not always the case. The butterfly Vanessa atalanta has three photopigments but was unable to discriminate colors in the long wavelength range, while Heliconius erato, a butterfly that also has three photopigments, was able to discriminate colors in the long wavelength range (Zaccardi et al. 2006). In the case of these butterflies, the answer to this discrepancy appears to be molecules other than opsins found in the retina cells that can filter light and modify spectral sensitivity. However, it is also possible that the neurological processing of the information provided by the eyes may differ across organisms. Indeed, one study shows that the mammalian brain is flexible enough to readily make use of information from opsin proteins (Jacobs et al. 2007). Jacobs and his research colleagues genetically engineered mice to have an additional, slightly different long-wavelength-sensitive (L) pigment through behavioral tests, they discovered the mice could immediately distinguish a broader spectrum of colors. Therefore, it is important to remember that evidence for color vision is likely best derived from a combination of studies, including molecular, physiological, and behavioral.

Finally, our understanding of the evolution of color vision has benefited greatly from the use of comparative phylogenetic studies. These studies can use the evolutionary relationships among different organisms (represented in phylogenetic trees) to examine the evolution of color vision in relation to the context in which it may have evolved. Even though it is possible to determine how color vision benefits an organism in the present, current function does not necessarily tell us when or in what context color vision initially evolved (Gould and Vrba 1982 Greene 1986 Baum and Larson 1991). Determining the performance advantage that initially selected for color vision requires evidence of phylogenetic congruence between the origin of color vision and the performance advantage (Greene 1986). So, for example, a comparative phylogenetic study was used to determine if primates evolved trichromatic color vision as a means of finding red fruits among the green foliage or to find high-quality mates (see Fig. 3).


Why do we see colors with our eyes closed?

As you settle into bed at night, close your eyes and begin to doze off, you may notice the colorful light show happening inside your eyelids. When you rub the sleep from your weary eyes, the lights suddenly intensify and bursts of bright colors appear all across your field of vision. A few seconds later, the colors settle down again. While you might appreciate the bedtime entertainment, in the back of your drowsy mind you’ve probably wondered what the heck you’re even seeing.

These strange blobs you see have a name they’re called “phosphenes,” and researchers believe that actual light may play a role. But not ordinary light — this light comes from inside your eyes. In the same way that fireflies and deep-sea creatures can glow, cells within our eyes emit biophotons, or biologically produced light particles.

“We see biophotonic light inside our eyes in the same way we see photons from external light,” said István Bókkon, a Hungarian neuroscientist who works at the Vision Research Institute in Lowell, Massachusetts.

Biophotons exist in your eyes because your atoms constantly emit and absorb tiny particles of light, or photons. This photon exchange is just a part of normal cellular function. Your eyes can’t tell the difference between photons from outside light and the biophotons emitted by your own atoms. Either way, your optic nerve simply relays these light signals to the brain, which must then decide if it accurately represents the real world around you, or if it’s just a phosphene.

Our eyes actually produce far more biophotons than we end up seeing as phosphenes. “When you rub your eyes, this generates biophotons in many parts of the eyes,” explained Bókkon. “But they are mostly absorbed locally.” Almost all of the biophotons you see are the ones both emitted and absorbed by atoms in the retina — the part of your eye responsible for detecting light.

Inside the retina, millions of tiny cells called rods and cones collect light and convert it into electrical signals. These signals travel through the optic nerve to a part of the brain called the visual cortex. Here, the brain reconstructs an image using the information received from the eyes. When a reconstructed image looks like nonsense, the brain is quick to label the image as unreal, or a phosphene.

But that information doesn’t always come from your retinas. According to Bókkon, phosphenes can originate in various other parts of the visual system, too. Research has shown that direct electric and magnetic stimulation of the brain can trigger phosphenes, and Bókkon hopes to soon be able to prove that biophotons are responsible for these phosphenes as well.

Depending on where a phosphene originates, it can take on a variety of shapes, patterns and colors. Different atoms and molecules emit photons of different wavelengths, which is why we see different colors. A phosphene with an orderly geometric pattern like a checkerboard may have originated in a section of the retina where millions of light-collecting cells are arranged in a similarly organized pattern. Researchers have also found that different areas of the brain’s visual cortex create certain specific shapes of phosphenes.

In the 1950s, the German researcher Max Knoll at the Technische Universität in Munich came up with a classification scheme for phosphene shapes. He studied phosphenes in over a thousand volunteers and came up with 15 categories, including triangles, stars, spirals, spots and amorphous blobs. He discovered that by prodding different areas of the visual cortex with an electrode device, he was consistently able to induce the same kinds of phosphenes.

In the lab, scientists generally use electric probes and fancy magnetic machines to make people see phosphenes. But the phosphenes we mostly see every day are not related to any type of electromagnetic stimulation. Instead, most phosphenes occur spontaneously when the atoms in our eyes exchange their biophotons. You can also trigger phosphenes yourself by applying pressure to your eyes — but be careful trying this at home!

The most common non-spontaneous phosphenes are pressure phosphenes, like the ones you see when you rub your eyes. According to Bókkon, any type of pressure on the eyes can cause them to emit an “excess of biophotons” that create intense visuals. Sneezing really hard, getting whacked in the head, and standing up too fast (causing a drop in blood pressure) are also ways to trigger pressure phosphenes.

The only people who never see phosphenes are people who have been blind since birth. But people who lose their vision due to illnesses or injuries usually don’t lose all visual functions. Because phosphenes can originate in different parts of the visual system, “theoretically, all blind people who could previously see can retain the ability to see phosphenes,” explained Bókkon.

Researchers have also been studying ways to trigger phosphenes in blind patients to try and figure out a way to potentially restore their vision. If scientists can use technology to make the blind see phosphenes, perhaps they can use similar technology make them see real images.

So next time you crawl into bed, close your eyes and admire the phosphenes. Now that you can appreciate the visual effects in a whole new way, you can just lay back and enjoy the show.


Afficher/masquer les mots à connaître

Cornea: is the clear outer surface of the eye the covers the iris, pupil, and the outer chamber of the eye. Suite

Epithelium: the layer of cells found lining the surface of most surfaces of the body. Epithelium is one of four types of tissues found in human body. The other tissues are connective, muscle, and nervous tissue. Suite

Fovea: the part of the eye that provides sharp images used for activities like reading, riding a bicycle, and driving. It is located at the back of the eye and has the highest density of cones. Suite

Iris: in the anatomy of an eye, the iris controls the size of the opening of the pupil. This in turn controls the amount of light that can enter the eye. Suite

Mitochondria: are the cell’s powerhouse. It packages the energy from food into energy the cell can use to do work. Suite

Nucleus: where DNA stays in the cell, plural is nuclei.

Photoreceptor: the special type of cell in your eye that picks up photons and then signals the brain. They are located in the retina (a layer at the back of the eye). There are two types, rods and cones.

Pupil: is the hole that allow light to enter the eye. In humans it is round, but other animals like cats and goats the pupil is shaped more like a slit. Suite

Régénération: to make something new that was old, damaged, or used. Suite


Symptômes

A person could have poor color vision and not know it. Quite often, people with red-green deficiency aren't aware of their problem because they've learned to see the "right" color. For example, tree leaves are green, so they call the color they see green. Also, parents may not suspect their children have the condition until a situation causes confusion or misunderstanding. Early detection of color deficiency is vital since many learning materials rely heavily on color perception or color-coding. That is one reason the AOA recommends that all children have a comprehensive optometric examination before they begin school.


Flashy Feathers

If you look at a perched male hummingbird, he might sport a loud patch of red. But if you move your head to the side, suddenly that bird may look purple, or black, or any number of colors depending on his species. What's going on?

This fiery-throated hummingbird in Costa Rica sports brilliant iridescent feathers all over his throat and chest. Cliquez pour plus de détails.

Many birds have colorful feathers because of the pigments contained inside. These are similar to the dyes that give your clothing color. However, you probably don't own any clothes that change color depending on how you look at them, and there's a good reason for that.

Feathers that change colors (called iridescent feathers) look that way because of what scientists call "structural coloration." This means that it is the structure of the feather itself and how it affects sunlight that causes it to look a particular way.

Sunlight is made of many wavelengths of light, which are responsible for all the colors we see. Feathers with structural color reflect, scatter, or absorb different wavelengths in different ways, resulting in changing color.

Additional images via Wikimedia Commons. Hummingbird feather by Brocken Inaglory.