Теория цветовосприятия Джохана Медейроса

Сам Джон А. Медейрос (John A. Medeiros) называет свою теорию моделью конического спектрометра Cone Spectrometer Model (CSM). Джохан Медейрос опирался на ряд аспектов цветного зрения, «...о которых стандартная трёхкопонентная модель ничего не говорит, или, говорит не то...» (цитата Джохана Медейроса ).

В своей работе Джохан Медейрос приводит довольно внушительный список (42 наименования в трех категориях) свойств зрения человека, которые не могут объяснить трёхкомпонентные теории. При этом он утверждает, что список не исчерпывающий и что стандартная, общепринятая, трехколбочковая (трёхкомпонентная) модель человеческого цветного зрения практически не объясняет ни один из пунктов этого списка. Трёхкомпонентная модель полностью противоречит большей части того, что находится в списке. Учитывая такое положение дел, несколько невероятно, что стандартная модель настолько широко и догматично проведена, и что так мало доверия было уделено усилиям по поиску лучшего способа объяснить цветное зрение.

Исходя из существующих к началу 2000 годов экспериментальных данных, он пришёл к выводу, что в глазу человека существует только два типа фоторецепторов — палочки и колбочки. При этом все колбочки идентичны и каждая из них чувствительна ко всему спектру видимого света. Только так возможно объяснить все свойства нашего зрения. Это уже вторая теория (после нелинейной теории зрения) опирающаяся на это утверждение. Группа Джохана Медейроса повторила ряд известных экспериментов прошлых лет на современном уровне и провела свои оригинальные исследования подтверждающие идентичность всех колбочек сетчатки глаза человека.

Рис. 1. Геометрия сужающегося кварцевого стержня

Рис. 2. Крупный план края конического волокна, показывающий распределение излучения по длине волокна

Суть теории Джохана Медейроса заключается в том, что каждая колбочка представляет собой портативный спектрофотометр реагирующий на весь спектр видимого света. В отличии от нелинейной теории зрения он не смог объяснить механизм работы колбочки, но предложил, что он основан на разделении длин волн поглощаемого излучения в коническом волноводе. Суть предположения основана на теоретическом предположении, что для каждого сечения волновода есть жёсткое ограничение на длину волн способных преодолеть это сечение. Если длина волны больше, чем сечение волновода в данном месте, то эта длина волны не сможет пройти далее в волновод и будет поглощена в его стенке. Таким образом, в сужающемся волноводе, в глубину будет проникать только более коротковолновое излучение.

Для исследования этого эффекта, Джохан Медейрос изготовил модель: нагрел кварцевый стержень в районе его середины ацетиленовой горелкой и позволил под действием гравитации вытянутся вниз нижнюю половину. В итоге получились слегка сужающиеся концы на двух половинах стержня, после его растяжения (см. Рис. 1). Далее одна из этих конических половинок волокон была помещена в жидкость с показателем преломления, который был немного меньше, чем у стержня. Затем, освещая верхнюю часть стержня (входной конец) сфокусированным лучом белого света, была сделана микрофотография света, вытекающего из стержня вблизи тонкого конического конца. (см. Рис. 2).

На рисунках видно, что по мере уменьшения размера волокна количество мод (или углов распространения), которые «укладываются» внутри волокна, уменьшается из-за волновой природы самого света (в основном, эффектов волновой интерференции).

Джохан Медейрос предполагает, что такая форма колбочки будет производить спектральную дисперсию входящего света вдоль длины колбочки. Такая колбочка по существу представляет собой миниатюрный спектрометр. Определите зависящее от длины распределение света вдоль колбочки, и вы можете определить длину волны излучения.

Однако эта теория не стыкуется с гистологическими исследованиями колбочек глаза и физическими свойствами внутренних сред глаза. Во первых, строение колбочки достаточно хорошо исследовано и описано. В колбочках нет элемента конического волновода наличие которого предполагает Джохан Медейрос. Во вторых, специфика устройства хрусталика глаза и показатели преломления глазных сред, преломляют коротковолновое излучение сильнее, чем длинноволновое и поэтому коротковолновое излучение фокусируется перед поверхностью фоторецепторов, в то время, как длинноволновое проходит дальше фокусируясь в глубине фоторецепторов. Теория Джохана Медейроса наглядно показывает отход современных теорий от постулатов на которых строились трёхкомпонентные теории (три типа колбочек чувствительных к трём различным участкам спектра) в связи с отсутствием их экспериментального подтверждения.

Джохан Медейрос отмечает, что это и другие доказательства из приведенного выше списка давно игнорируются, поскольку многие в этой области настаивают на подведении феноменологии только к модели с тремя колбочками. Джон А. Медейрос отмечает, что его теория представляет собой более чем тридцать лет профессиональной работы его и нескольких коллег. Джон А. Медейрос обладает докторской степенью по физике полученной в Университете Массачусетса (Амхерст), где проводил экспериментальную работу по атомным взаимодействиям (Thesis: Metastable Hydrogen Atom Collision Processes). Впоследствии работал в качестве постдокторанта, а затем в качестве научного сотрудника в Университете Западного Онтарио, исследуя как анатомическую структуру сетчатки глаза, так и механизмы повреждения в глазу вызванные лазерным облучением. Эта работа внесла небольшой вклад в текущее клиническое лечение офтальмологами проблем сетчатки с использованием лазеров. Именно здесь Джон А. Медейрос получил базовую идею своей модели конусного спектрометра как результат использования знаний физика при изучении глаза и зрения.