Erik Ullmark Marie Kotomaa Nyholm Eleni Gioudas Maria Brodin Ala Abdul Rasol Johanna Lindblom Jessica Henriksson 1
Innehållsförteckning Innehållsförteckning... 2 Inledning... 3 Anatomi... 3 Vad händer i hjärnan?... 3 Trikromatiskt färgseende... 4 CIE färgkarta... 4 Anomalt trikromatiskt seende... 4 Dikromatiskt seende... 5 Monokromatiskt seende... 5 Hur mäter vi färgseendet?... 5 Vad är normalt och vad är avvikande?... 6 Vilka symptom kan en defekt ge?... 7 Kan färgdefekter uppstå på enbart ett öga?... 7 Källor... 8 2
Inledning I detta arbete kan du läsa om färgseendets viktigaste anatomiska strukturer, fysiologiska aspekter och vilka defekter som förekommer. Vi kommer även att ta upp vilka tester som är relevanta i det kliniska arbetet för att påvisa en färgdefekt. Forskning inom området har påvisat att ca 7-8 % av alla män och mindre än 1% av alla kvinnor har en färgdefekt. Färgdefekten är oftast medfödd och ärftlig. (Lars Erik Larsson 2007) Anatomi Vi har två typer av fotoreceptorer på näthinnan, stavar och tappar. Tapparna använder vi vid dagsljus och ansvarar för vårt färgseende. Det finns tre olika tappar med olika fotopigment som är särskilt känsliga för olika våglängder: S-tapp med fotopigmentet cyanolabe är mest känsligt för våglängden med 426 nm (blått ljus), M-tapp med chlorolabe är särskilt känsligt för 530 nm (grönt ljus) och L-tapp med erythrolabe är känsligt för 557nm (552 nm för vissa, rött ljus). Tapparna är utspridda över hela näthinnan men med högst koncentration centralt, i fovea. När tapparna har omvandlat radioenergin från ljuset till elektrisk energi skickas impulserna via bipolära celler till ganglioncellerna vars långa axoner formar synnerven. Impulserna leds vidare genom chiasma för att sedan nå laterala knäkroppen. Laterala knäkroppen består av tre regioner; parvocellulär lagren som består av små neuron, magnocellulär lagren som består av stora neuron och koniocellulär lagret som består av väldigt små neuron. Dessa behandlar olika intryck från retina. Parvocellerna behandlar detaljer och färger. Magnocellerna behandlar snabba rörelser. Medan koniocellernas uppgift är okänd. Även ganglioncellagret i retina består av magno- och parvoceller. Laterala knäkroppens neuron synapsar i primära synkortex. Denna del kallas även V1, striata kortex och Brodmann area 17. Härifrån skickas axoner till en stor mångfald av högre kortikala areor som är involverade i integrationen av syninformation med andra sinnen och minnet. (Steven H. Schwartz, 2004) Vad händer i hjärnan? Vad som händer med informationen efter primära synkortex är till synes aningen oklart. Det finns inte någon forskning som förklarar fullt ut hur signalerna analyseras. Forskarna trodde tidigare att vi kunde dela upp hjärnan i olika bitar och varje del utforskade olika synintryck. Det finns istället andra teorier om hur färgseendet analyseras i hjärnan. Idag ser teorierna mer komplexa ut och det är inte bara en del av hjärnan som arbetar med färgseendet. En teori som har arbetats fram av forskare är en teori om färgceller där vissa av dessa celler återfinns i primära synkortex (V1) och att dessa celler är specifikt känsliga för färger. De sitter som i klungor och vi kallar dem för blobs. Blobsen delas upp i två olika klasser, de som behandlar röd-grön information och de som behandlar gul-blå information. Blobsen i V1 skickar sedan vidare informationen till V2 och V4. Från V4 går signalerna till s.k. globs vilket processar en del av färgerna. Efter V4 går signalerna till Inferiortemporala loben (IT). Denna väg (d.v.s. V1, V2, V4 och fram till IT) går i den ventrala riktningen och svarar på frågan What? (Conway BR, Moeller S, Tsao DY. 2007 och Conway BR, Tsao DY. 2009) Hur hjärnan analysera färg har forskarna inte kommit fram till, detta är bara en teori av många andra och ju längre tiden går och ju mer forskarna kommer fram till desto fler vävnader involveras. 3
Trikromatiskt färgseende. Människan har normalt tre olika sorters tappar som var och en har sitt absorptionsspektra. Varje sorts färgintryck är en kombination av dessa. (Norton et al. 2002) CIE färgkarta För att illustrera detta fenomen används ett koordinatsystem där tapparna motsvarar de tre dimensionerna x = L-tapp, y = M-tappen och z = S-tappen. CIE-diagrammet täcker inte hela området. T.ex. så ingår inte x=1, y=0, z=0 utan det ligger utanför eftersom det omöjligt att med synligt ljus enbart stimulera l-tapparna utan att också delvis stimulera m-tapparna. Samma sak med m- och s- tappar. Om vi vill kombinera flera färger tar man medelvärdet av stimulansen. En linje dras mellan färgerna som skapar intrycket, den nya färgen blir mitt emellan. Om vi har mycket blått och bara lite rött blandat så rör vi oss motsvarande lite mot det röda. Om vi kombinerar alla färger så stimulerar vi de tre tapparna lika. Så x=0.33, y=0.33 (och därmed z=0.33). Den koordinaten är vit i diagrammet eftersom vitt ljus resulteras av att alla tappar stimuleras lika mycket. I figuren visas CIE-färgkartan som är standardreferens. Den kan förstås på följande sätt: Antag att total stimulans är 1. Om m-tapparnas andel av det är 0.5 och l-tapparnas andel av det är 0.4 så motsvarar det färgintrycket gult. Det kan vi också läsa av i diagrammet genom att titta på den punkt som motsvarar x=0.4 och y=0.5. Varför finns det ingen axel för s-tapparna i diagrammet? Det beror på att hur stor andel s- tapparna har fås automatiskt av x och y. Om vi vet att x=0.4 och y=0.5 så blir z=1-0.4-0.5=0.1. Det finns alltså bara ett möjligt värde på z då och därför behövs ingen tredje axel. På motsvarande sätt kan vi läsa ut att röd motsvarar x=0.7 och y=0.25. Om vi nu vill kombinera dessa två tillsammans tar vi alltså medelvärdet av koordinaterna för både x (l-tappar) och y (m-tappar) om vi har lika mycket rött ljus som gult ljus. Nytt värde på x blir (0.7+0.4)/2=0.55. Nytt värde för m-tapparna (y) blir (0.5+0.25)/2=0.375. Läser vi då av punkten i diagrammet som motsvarar x=0.55 och y=0.375 så ser vi orange. (Schwartz S, 2010,2004) Anomalt trikromatiskt seende Ett defekt trikromatiskt seende innebär en förskjutning av absorptionsspektrat.(schwartz 2010) för någon av tapparna. Det innebär att proportionerna av stimulerade tappar för samma färg kommer bli annorlunda för dem än för normala trikromater, vilket ger ett annat färgintryck. (Bild 1: http://www.nanocotechnologies.com/resources/images/ef45c25d-357c-4d12-8c80- e6d6e98089f8.jpg) 4
Dikromatiskt seende När en av tapparna saknas är personen dikromat. I CIE diagrammet är de färger personen ej kan skilja åt belägna på samma linje, en så kallad confusion line. Det konceptet kan förstås med följande exempel. Vad händer när en av tapparna saknas? Det enda som spelar roll då för personen är proportionen av stimulansen mellan de två kvarvarande tapparna. Om inte s- tappen inte finns så motsvarar dubbelt så mycket stimulans av m-tappen som av l-tappen ett visst synintryck (y dubbelt så stort som x). Tittar vi då på CIE-diagrammet inser vi att det finns många punkter på det där m-tappen har dubbelt så mycket stimulans som långtappen. Till exempel: om y=0.3 och x=0.15 så motsvarar det blått i CIE-diagrammet. Om y=0.6 och x=0.3 så motsvarar det gul-grönt i diagrammet. Det enda som dikromaten kan se där är att i båda fallen så får m-tapparna dubbelt så mycket stimulans som l-tapparna. Alltså kan han inte skilja på dessa båda färgintryck och kommer att blanda ihop dem. Varför kan däremot en trikromat skilja mellan dessa två intryck? Om det första fallet var y=0.3 och x=0.15, så blir z=1-0-3-0.15=0.55. I det andra fallet är x=0.6 och y=0.3 så z=1-0.6-0.3=0.1. Därför kommer trikromaten att uppfatta att den s-tappen är mycket mindre stimulerad i fall två och inse att det är olika färger. Monokromatiskt seende En person med monokromatiskt seende har bara en sorts tapp. Eftersom olika färgintryck skapas av att proportionen mellan mängden stimulerade tappar är olika, och det endast finns en möjlig proportion här, nämligen att all stimulering kommer från tappen personen har, finns endast en färg. Monokromatens tapp har fortfarande en spektralt beroende känslighetskurva, så samma intensitet uppfattas olika starkt beroende på vilken våglängd det är. Det kan däremot inte användas av personen för att skilja på våglängder, efttersom om intensiteten för ljuset med våglängden som uppfattades som svagare förstärktes skulle de uppfattas som lika, så personen kan ej bedöma ljus efter dess våglängd. (Schwartz 2010, 2004) Hur mäter vi färgseendet? För att mäta färgseendet och eventuella färgdefekter använder man sig av olika typer av färgtester. Pseudoisokromatiska tavlor (Ishihara) är de vanligaste testerna för färgseende då de är lätta att använda och ger en bra indikation på hur man uppfattar färger. De ger dock ingen indikation på vare sig man är en dikromat eller en anomal trikromat. De är inte heller bra på att differentiera protan och deutan defekter. Relativt nyligen har det dock tillverkats sådana tavlor (H.R.R. Pseudoisokromatiska tavlor) som är tillgängliga för att just upptäcka dessa två sistnämnda färgdefekter. (Schwartz, 2004) Ishihara tavlorna består av en mängd olika tavlor som är samlade i ett block där svårighetsgraden är stigande. De vanligaste tavlorna består av figurer som ska uppfattas av personer med normal färgseende. Dessa figurer upplevs som välavgränsade från bakgrunden. De som inte kan avläsa figurerna har någon form av anomali på färgseendet. (Schwartz, 2004) Sedan finns det några olika färgmättnadstester, så kallade sorteringstester, som bygger på samma princip men har olika svårighetsgrad. 5
Fornsworth Dichotomous Test (Panel D-15) består av 15 färgade brickor som patienten måste ordna i en följd och som går efter en färgtonad cirkel i ett CIE diagram, vilket sedan tolkas. (Schwartz 2004) Det omättade D-15 testet innehåller samma antal brickor som den föregående men dess färger är omättade. Svårighetsgraden blir därmed högre vilket leder till att man lättare kan detektera färgdefekter som man annars kan ha missat på den standardiserade D-15 testet. Just denna undersökning är speciellt bra på att hitta specifika färgseende anomalier som uppstår vid vissa ögonsjukdomar, såsom glaukom. (Schwartz 2004) Fornsworth-Munsell 100-Hue test består av 85 färgade brickor som formar en hue cirkel i CIE diagrammet, vilka separeras i fyra olika sektioner. Patienten ordnar brickorna i de olika sektionerna och resultatet förs in som mätningsbar data, vilket sedan jämförs med de referens värden som företaget har bestämt. På detta sätt kan man upptäcka en färganomali och även en indikation om vare sig det är en protan, deutan eller tritan defekt. Tyvärr är 100-Hue testet tidskrävande och därför används det sällan i vårt kliniska arbete. (Schwartz 2004) Nagel Anomaloskopet är det enda kliniska instrumentet som kan ge en komplett diagnos på diverse röd-gröna färgdefekter. Det kan även upptäcka den differentiella diagnosen mellan dikromater och anomala trikromater. Patienten får titta genom en lupp där den får föra ihop två olika fält (ett övre samt ett undre fält), så att de verkar som identiska mot varandra. Patienten justerar de två fälten med hjälp av en vridningsbar knapp. Det ena fältet representerar röda och gröna färger med olika våglängd, medan det andra fältet representerar gul färg med justerbar strålningsintensitet. (Schwartz 2004) Vad är normalt och vad är avvikande? Det finns två huvudgrupper av färgdefekter: Man förnimmer bara två färger, dikromat eller man förnimmer tre färger men en färg fungerar sämre, anomal trikromat. Dessa färgdefekter har dessutom undergrupper beroende på vilken receptor som är defekt: Röd (protan), Grön (deutan) och lite ovanligare Blå (tritan). (Schwartz 2004). Pseudoisokromatiska tavlor (ishiharas tavlor): Testet ska ge en indikation på ett normalt eller avvikande färgseende. Detta beroende på om man inom några sekunder och utan att tveka kan urskilja tavlornas tecken korrekt (Pseudoisochromatic plates for testing color perception by American optical company.) I block med 14 tavlor med tvåsiffriga tal räknas en normal trikromat klara minst tio tavlor. Fem eller fler fel visar på någon form av röd-grön färgdefekt. Det finns även mer varierande versioner med 24 och 46 tavlor. Detta test kan dock inte visa om det är dikromatisk eller anomal trikromatisk färgdefekt. Farnsworth Panel-D15: Det är normalt att patienten sorterar fel för färgtoner som ligger efter varandra i följd, samt att den har upp till fyra överkorsningar. Fler än fyra överkorsningar klassas som färgdefekt. Har patienten fler än 10 överkorsningar klassas det som svår färgdefekt. Med CIE:s cirkeldiagram kan man sedan avläsa typen av färgdefekt beroende på överkorsningarnas axel. (www.lea-test.fi 10/1-10). Nagel anomaloskop: Den normala trikromaten ställer in röd/grönfältet på med lika andel av vardera färg och referensfältet på medelljusstyrka. En liten avvikelse är fortfarande normalt. En deutan kan ställa in röd/grönfältet hur som helst och referensfältet på medelljusstyska. En protan kan ställa in röd/grönfältet hur som helst och referensfältet något eller mycket åt detljusa hållet. 6
En deutanomal-trikromat ställer in röd/grönfältet åt det gröna hållet och referensfältet på medelljusstyrka. En protanomal- trikromat ställer in röd/grönfältet åt det röda hållet och referensfältet på något åt det mörka hållet. (Schwartz S, 2004). Vilka symptom kan en defekt ge? Ett avvikande färgseende kan vara medfött eller orsakat av en skada eller sjukdom, d.v.s. förvärvat. Den allra vanligaste färgdefekten är den röd-gröna, vilket innebär att man har svårt att skilja röda och gröna färgtoner åt eftersom de ser gråaktiga ut. Bild A visar hur en person med normalt färgseende uppfattar färger, och bild B hur en person med ett defekt färgseende uppfattar dem. En anomal trikromat upplever ofta färgerna mindre klara o tydliga. Svårigheter uppstår när man ska se skillnad på två väldigt starka färger och på två olika pastellfärger. En protanomal eller en deutanomal uppfattar ofta färgerna grön, gul,orange,röd och brun som lika..färgseendet bör kontrolleras hos barn i skolåldern.om defekter finns är det viktigt att få reda på detta i tid eftersom lärandet i skolan många gånger är uppbyggt på ett fungerande färgseende.(grosvenor T, 2007) Oftast är en färgseendedefekt så liten att man inte lider av den. Många vet antagligen inte ens om att de har ett defekt färgseende, men man ska ha i åtanke att vissa yrken, exempelvis polisyrket kräver ett normalt färgseende. (www.lea-test.fi 8/1-10 ) Kan färgdefekter uppstå på enbart ett öga? Ärvda defekter är oftast bilaterala och symmetriska medan förvärvade defekter ofta kan vara unilaterala eller asymmetriska. Förvärvade defekter på färgseendet beror på sjukdomar eller att man utsatts för toxisk påverkan. De förvärvade färgdefekterna kan vara antingen röd-gröna eller blå-gula. Alla skillnader i färgseende mellan två ögon kan antas vara förvärvade. Det är viktigt att utföra tester av färgseendet monokulärt, annars kan man missa unilaterala defekter då det icke påverkade ögat är med och hjälper till. Man kan börja med att utföra testet på ögat med sämst visus då det är större sannolikhet att hitta en defekt där. Förvärvade defekter är lika vanligt förekommande hos män som hos kvinnor och patienten har ofta under den senaste tiden haft svårt att namnge färger. Defekten kan ofta vara ostabil och förändras med tiden. (Schwarz S, 2004) Asymetriska defekter kan tyda på sjukliga förändringar i åderhinnan, näthinnan eller synnerven. Förändringar i åderhinnan ger gul-blå defekt, i näthinnan röd-grön eller gul-blå defekt och i synnerven röd-grön defekt. (Grosvenor 2007) 7
Källor Litteratur och artiklar American Optical Company. By the Beck Engraving Company. 1940. Pseudo-isochromatic plates for testing color perception, sid. 6. Conway BR, Moeller S, Tsao DY. (2007). Specialized color modules in macaque extrastriate cortex. Neuron. Conway BR, Tsao DY. (2009). Color-tuned neurons are spatially clustered according to color preference within alert macaque posterior inferior temporal cortex. Proc Natl Acad Sci U S A. Grosvenor Theodor, Primary Care optometery Butterworth Heinemann 2007 sid. 126, 127. Norton T Tomas, Corliss David A, Bailey James E, The Psychophysical Measurement of Visual Function, 2002 by Elsevier Sciende Inc. sid. 226 Larsson Lars-erik, neurofysiologi, 2007 s.116 Schwartz Steven H, Visual Perception a clinical orientation Third Edition, McGraw-Hill Companies, New York, 2004. sid 7, 10, 15-18, 127-128, 144-145, 156. Schwartz Steven H Visual Perception 4th edition (2010, 2004), McGraw Hill sid. 97, 120-127 Hemsidor http://www.lea-test.fi/sv/syntest/instruct/2601-06/tolkning.html 2004 Bilder Framsidan http://www.medocular.se/upload/vision_tests/colour_perception/plates/plate5.gif Bild 1 http://www.nanocotechnologies.com/resources/images/ef45c25d-357c-4d12-8c80- e6d6e98089f8.jpg 8