视锥细胞的光波导特性与色觉及新黄金分割点关系的研究

We first propose to use optical waveguide theory of human photoreceptors to study our four newly found Golden Ratio Phenomena, such as: the three points, which are the Golden Ratio wavelength between the green and blue cones' absorption peaks, the highest resolution wavelength, and the rod's absorption peak, are very close; the most intensity sensitive wavelength is very close to the Golden Ratio wavelength of red and green cone' absorption peaks; in the photopic luminosity function, the weighting ratio of green and red cones' contributions is close to the Golden Ratio; the refractive index of ellipsoid at the lowest coupling loss between the inner and outer segments is close to the Golden Ratio point of refractive index of myoid and ellipsoid. We first propose to separate the two neighbor cones into two regions including a strong coupling region (including outer fiber and inner segment) and a weak coupling region (including outer segment), where the coupling ratio in the strong coupling region is wavelength dependent. We first propose to study the opponent color mechanics based on the optical waveguide theory. We shall study that the opponent color mechanics depends on coordinating between the wavelength dependency of strong coupling region and the second stage (information processing stage) of the Stage Theory of color vision.

申请人在世界上首次提出用视细胞的光波导理论来研究他们首先最近发现的人眼中四个新的黄金分割点：蓝视锥与绿视锥吸收峰之间的黄金分割波长，色调分辨能力最强的波长，以及视杆细胞的最敏感波长几乎是完全重合的；负责明视的红、绿视锥细胞最敏感波长间的黄金分割点与明视时亮度最敏感波长非常接近；人眼的明视曲线中绿视锥和红视锥权重的比例与黄金分割点极其接近；视锥细胞外段与内段间的耦合损耗最小的点对应的折射率恰好是肌样体的折射率和椭球体的折射率的黄金分割点。申请人在世界上首先提出了将两个相邻视锥细胞分为强耦合区和弱耦合区，强耦合区包括外纤维和内段，其耦合比是与波长相关的，弱耦合区包括外段。申请人在世界上首次提出用光波导的理论来研究人眼颜色拮抗产生的内在机理。本项目将研究强耦合区的波长依赖性与颜色视觉的阶段学说的第二阶段(信息加工段)的协同作用对颜色拮抗的影响机理。

我们在世界上首次深入研究了色觉中四个新的黄金分割点：1.蓝视锥与绿视锥吸收峰之间的黄金分割波长、色调分辨能力最强的波长、透过大气日光的峰值波长、海水的透射峰波长以及视杆细胞的最敏感波长几乎是完全重合的，这是人为何看到蓝天和蓝色的大海很舒服；2.负责明视的红、绿视锥细胞最敏感波长间的黄金分割点与明视时亮度最敏感波长非常接近，绿、红视锥分别是可见光区间内的二阶及六阶黄金分割点，也发现它们与叶绿素的透射波长很一致，这是人为何看绿色的时候放松和舒服，因为这样最节能；3.人眼的明视曲线中绿视锥和红视锥权重的比例与黄金分割点极其接近，我们进一步考虑蓝视锥和视杆、晶状体、黄斑的吸收后，视见函数可以与绿视锥和红视锥之间的黄金分割比例点很一致；4.视锥细胞外段与内段间的耦合损耗最小的点对应的折射率恰好是肌样体的折射率和椭球体的折射率的黄金分割点，这样有利于减少纵向的耦合损耗。我们新发现了十几个颜色中的黄金分割点，并且在世界上首先研究了人的两个相邻视锥细胞构成的光纤耦合器，发现了光纤耦合器对光进行了颜色预处理，然后我们还进行了七个视锥光纤构成的光纤耦合器，发现了七光纤耦合器对蓝光、黄光的透过率很不一样，对黄蓝拮抗的产生有重要影响。我们也发现某些颜色的光不像传统认为的那样在视网膜中成反像。我们也在世界上首次测量了视细胞内段折射率随波长的变化。统一了争论了140多年的两个色觉学说。另外我做了一些相关的延伸工作：1）在世界上首先发现了视网膜上有生物三极管；2）在世界上首先研究了视觉的调制格式；3）在世界上首次尝试用电信号多层的调制编码来解释意识；4）研究和发现了视杆细胞巨大的模场直径；5）研究了一些视觉的仿生应用：包括仿生的光学AI、可用来做新型的摄影和显示、可看到美的机器人、可看到颜色的人工视网膜。我们提出了阿兹海默病的原因可能是无长突细胞的时钟恢复不正常有关，这对于找到阿兹海默病的病因和新的治疗方法有很大的帮助。