<<
>>

13. Цветовое зрение

Осознать, насколько важно для нас цветовое зрение, очень легко: нужно лишь посмотреть черно-белый фильм. При отсутствии цветапроисходящие на экране события существенно теряют в реалистичности, а значит, и в степени воздействия на зрителя.

Вне всякого сомнения, цвета имеют большое психологическое значение. Об этом можно судить хотя бы по тому, что люди наделяют цвета символическим характером: зеленый, например, считается цветом надежды, а красный символизирует любовь. Цвет одежды часто говорит об общественном положением ее владельца: например, священный сан кардинала обязывает его носить одежды красного цвета. Однако пер-воначальная причина развития цветового зрения в ходе эволюции была, конечно же, совсем иной. По всей видимости, цветовое зрение приматов (высших) обеспечило им в нелегком деле выживания значительное пре-имущество перед цветноелепыми животными: цветовое зрение позволяло обезьянам гораздо лучше определять контуры объектов, поскольку давало возможность различать большее количество оттенков.

Субъективное цветоощущение можно разделить на три составляющие: цветовой тон, насыщенность цвета и его яркость. Цветовой тон в значи-тельной степени дает представление о собственно цвете. Насыщенность показывает, насколько «густ» этот цвет или насколько он разбавлен при-сутствием серого; яркость же определяется интенсивностью отражаемого цветной поверхностью света. Экспериментально установлено, что на основании этих трех составляющих возможно различение очень тонких оттенков цвета. Предполагается, что человеческий глаз способен различить около двухсот разных цветовых тонов, при этом каждый тон может иметь от шести до двадцати степеней насыщенности, а у каждого тона определенной насыщенности обнаруживается примерно пятьсот уровней яркости. Для оценки общего количества различаемых человеческим глазом оттенков цвета нужно перемножить эти три величины: 200 х 20 х 500, что дает нам число порядка двух миллионов.

А теперь сравните эти два миллиона различных цветов с пятьюстами — максимальным количеством оттенков, доступным обладателю черно-белого зрения.

Что же это, собственно, такое — цвет? Существуют ли цвета в реальном мире? С чисто физической точки зрения, объекты отражают лишь свет с различной длиной волны. Известно, что видимый свет — это электромагнитные волны очень малой длины (приблизительно от 400 до 700 нм, 1 нм = = 1/1 000 000 мм), т. е. некий физический феномен, характеризуемый некоторой абстрактной величиной. Ощущение же цвета возникает только в нашем мозге в результате деятельности нейронов. Действительно, цветное ле- пые люди вовсе не обладают цветовым зрением, и для них цвета просто не существуют. Возникает вполне естественный вопрос: каким образом в нашем мозге из световых волн различной длины создается в конечном счете цветовое восприятие? Рассмотрим сначала теории, пытающиеся найти ответ на этот вопрос только на основании феноменов субъективного восприятия цвета. Каждому из нас доводилось видеть радугу: если в одно и то же время идет дождь и светит солнце, то на небе вдруг появляется цветная дуга, в которой плавно переходят один в другой несколько цветов, начиная с фиолетового и заканчивая красным.

Откуда берутся все эти цвета? Собственно говоря, в природе существует лишь солнечный свет, воспринимаемый нашими глазами как белый. Созерцая радугу, можно предположить, что солнечный свет представляет собой смесь электромагнитных волн с различными длинами волн. Именно эту смесь, но разложенную на составляющие, мы и видим в радуге. В лабораторных условиях того же эффекта можно достичь, разложив белый свет с помощью призмы: получаемый при этом цветной спектр содержит те же цвета, что и радуга, и расположены они в том же порядке. Смешение же всех этих цветов не воспринимается нашими глазами, как сочетание отдельных составляющих, но лишь как единое целое — белый цвет. Такого рода смешение принято называть аддитивным смешением цветов. Если освещать полотняный экран одновременно светом зеленого и красного прожекторов, то от экрана отразится уже «смешанный» свет, и мы не увидим в нем ни зеленого, ни красного, а увидим вместо этого совершенно новый цвет — желтый.

Смешение зеленого, синего и красного света воспринимается нашими глазами как белый свет. Аддитивное смешение цветов следует отличать от субтрактивного, которое имеет место, например, при смешивании акварельных красок. В этом случае, смешав красный с зеленым, мы получим темно-коричневый цвет. Упомянем об одном любопытном феномене цветового зрения, о котором люди в повседневной жизни едва ли задумываются — речь идет о восприятии промежуточных цветов. Некоторые цвета смешиваются друг с другом, образуя при этом промежуточный цвет, т. е. цвет, близкий к обоим исходным цветам, — например, синий и красный дают при смешивании фиолетовый, из синего и зеленого получается сине-зеленый, а желтый и красный сливаются в оранжевый. Однако не все цвета видимого спектра «способны» на такое. Красный и зеленый не дают при смешивании, вопреки ожиданиям, красно-зеленого цвета, а дают новый цвет — желтый. Не образует промежуточного цвета и сочетание желтого и синего; они словно бы подавляют друг друга.

Еще одна особенность цветового зрения — восприятие цвета только в контрасте. Мы редко осознаем это, так как нас постоянно окружает множество различных сочетаний цветов. Однако летчикам, например, упомянутый феномен хорошо знаком: если долгое время лететь в безоблачном небе, оно начинает казаться серым, а голубой цвет временно совершенно перестает восприниматься. До определенной степени восприятие цвета не зависит от освещения. Мы распознаем красный цвет как красный и при солнечном свете, и при искусственном освещении, будь то неоновые лампы или лам- пы накаливания. Хотя некоторое отличие, надо сказать, все же существует: выбрав себе какую-нибудь одежду при неоновом освещении, мы замечаем, выйдя из магазина, что ее цвет при солнечном свете изменился.

Мы познакомились с важнейшими особенностями цветового восприятия. Какими же нейронными процессами обусловлены эти особенности? В начале XIX века английский ученый Томас Юнг и позднее немецкий естествоиспытатель Герман фон Гельмгольц разработали теорию трехком- понентного цветового зрения, которая неплохо объясняла вышеописанные феномены смешения цветов.

В основу этой теории было положено предположение о том, что в сетчатке имеется три различных типа цветовосприни- мающих клеток с перекрывающимися полосами спектра поглощения; при возбуждении клетки определенного типа в головном мозге возникает соответствующее цветовое ощущение. Необъясненным остался лишь тот факт, что определенные цвета (например, красный и зеленый) при смешении по-давляют друг друга, и зрительного ощущения не возникает. В связи с этим немецкий физиолог Эвальд Геринг выдвинул новую теорию: так называемую теорию дополнительных цветов. Он рассмотрел три пары цветов, каждая из которых состояла из основного цвета и цвета, его дополняющего: зеленый и красный, желтый и синий, черный и белый. Зрительному ощущению зеленого цвета сопутствует торможение восприятия красного цвета, и наоборот. Геринг утверждал, что эти три пары цветов представлены в сетчатке тремя типами цветовоспринимающих соединений, причем каждое из этих соединений реагирует только на цвета «своей» пары: распадом на один цвет и синтезом на другой. При всех своих достоинствах обе эти теории, взятые по отдельности, оказываются не в состоянии дать удовлетворительное объяснение всем феноменам цветового восприятия. И вот в 1905 году

немецкий физиолог Иоханнес фон Крис, ученик Гельмгольца, пришел к выводу о необходимости объединения двух теорий. В самом деле, согласно имеющимся у нас сегодня данным, верными оказываются обе теории — но на различных уровнях системы восприятия. Теория трехкомпонентного цветового зрения касается колбочек. Принцип же дополнительных цветов — ганглиозных клеток сетчатки, а также определенных клеток латерального коленчатого тела и зрительной коры головного мозга.

Поговорим сначала о роли колбочек. Сегодня точно известно, что в сетчатке имеется три типа колбочек, различающихся содержащимся в них пигментом. Каждый пигмент характеризуется своим значением максимума светового поглощения. Один поглощает свет синей области спектра, другой — зеленой, а третий — красной.

Каждый тип колбочек при этом охватывает довольно широкий диапазон длин волн, которые он способен поглощать, в результате чего кривые поглощения различных типов значительно пере-крываются. Таким образом, когда на сетчатку падает свет какой-то определенной длины волны, различные типы колбочек реагируют на раздражение по-разному. Например, свет с длиной волны 400 нм воздействует прежде всего на те колбочки, которые содержат пигмент, восприимчивый к синему цвету; остальные колбочки демонстрируют весьма слабую реакцию на световые волны такой длины. Реакции от всех трех типов колбочек обрабатываются, по всей видимости, в совокупности, что и приводит в конечном счете к возникновению определенного цветового ощущения.

Юнг и Гельмгольц, помимо прочего, полагали, что сигналы от различных типов колбочек передаются далее в мозг параллельно. Сегодня нам известно, что слияние этих сигналов происходит уже в сетчатке, и ганшиоз- ные клетки передают в головной мозг уже обработанную информацию. Кроме того, на разных уровнях зрительной системы имеются особые нервные клетки, рецептивные поля которых реагируют именно на цвет. На рис. 13.1 схематически изображены «простые контрастные клетки», обнаруженные в сетчатке и латеральном коленчатом теле приматов: зеленый, например, цвет возбуждает центральную зону рецептивного поля такой клетки, а красный вызывает торможение в периферийной зоне. Как показано на схеме, для каждой пары цветов (основной и дополнительный) существует по четыре различных типа рецептивных полей.

На рис. 13.2 показана реакция двух клеток на различные белые и цветные раздражители. При малом размере раздражителя клетки реагируют на разницу в яркости света, попадающего на центральную и периферийную зоны. И только когда раздражитель достаточно велик и покрывает обе зоны поля, клетка начинает реагировать именно на цвет, в соответствии с различным поглощением света различными типами колбочек. Клетка соп-центром для зеленого цвета реагирует на сильное раздражение красным цветом торможением, поскольку как раз торможением реагирует на красный цвет периферийная зона рецептивного поля такой клетки (рис.

13.2, слева). Если сменить раздражитель с красного назеленый, то клетка отреагирует возбуждением. Однако реакции такой клетки не являются однозначными: на маленькую белую точку она реагирует точно так же, как на большое зеленое пятно. Различение между такими раздражителями производится только в зрительной коре головного мозга путем параллельной обработки реакций разных клеток одной зоны сетчатки. Как известно, рецептивные поля весьма значительно перекрываются, и поэтому на воздействие даже совсем крошечного светового раздражителя одновременно реагируют многие клетки. Анализ цветового содержания сигнала производится «двойными контрастными

рецептивные поля «простой контрастной клетки» для цветовой пары зеленый-красный

рецептивные поля «двойной контрастной клетки» для цветовой пары зелены й-кр асны й

Рис. 13.1. Рецептивные поля цветочувствительных клеток. Знаком «+» обозначены зоны, реагирующие на соответствующий свет возбуждением, знаком «—» — зоны, реагирующие на соответствующий свет торможением. «Простые контрастные клетки» находятся в сетчатке и латеральном коленчатом теле, «двойные» — в первичной зрительной коре. Клетки с соответствующими рецептивными полями существуют и для цветовой пары синий-желтый

клетками», расположенными в зрительной коре; схема реакции таких клеток показана на рис. 13.1, внизу. Как центральная, так и периферийная зона рецептивных полей таких клеток реагирует сразу на оба цвета из цветовой пары «основной-дополнительный». Если центральная зона возбуждается в ответ на раздражение, например, зеленым цветом, а торможение в ней наступает как реакция на раздражитель красного цвета, то периферийная зона ведет себя противоположным образом, т. е. реагирует возбуждением на красный цвет и торможением на зеленый. С помощью двойных кон-трастных клеток в зрительной области коры головного мозга формируется соответствующее цветовое ощущение. Рецептивными полями вышеописанного типа очень хорошо объясняется эффект «двойного» торможения при одновременном раздражении сетчатки основным и дополнительным цветами (например, красным и зеленым). Кроме того, такая модель проясняет роль контрастных цветов в цветовом восприятии. Как мы уже отмечали, отсутствие контрастных сочетаний цветов обедняет палитру цветового вое-

л

| 14 и

> яркость

'||||| 1 I I

II ;;!!! 1111

л

*- • —>»« м-

У

гг

-1—1 111 ;

> цвет

I Л м Рис. 13.2. Реакции «простой контрастной клетки» на различные раздражители. Вертикальными штрихами показаны нервные импульсы. Чем сильнее возбуждена клетка, тем гуще следуют друг за другом нервные импульсы

приятия. Цветовое ощущение во многом зависит от фона, относительно которого мы воспринимаем этот цвет. Так, например, серый цвет на зеленом фоне может показаться слегка красноватым. С помощью вышеописанных рецептивных полей можно также объяснить, почему на восприятие цвета столь малое влияние оказывает уровень освещенности: любые изменения уровня освещенности в равной степени затрагивают как центральную, так и периферийную зоны рецептивного поля, что уравновешивает возможные изменения в цветовом восприятии.

Размещение цветочувствительных клеток в первичной области зрительной коры имеет свои особенности: внутри колонок, о которых мы уже говорили, наблюдаются некие клиновидные образования. Первооткрыватели этих структур, Дэвид Хью бел и Маргарет Ливингстон, назвали их «каплями» (англ.blobs).Кроме того, цветочувствительные клетки часто совершенно не чувствительны к ориентации раздражителя в пространстве.

Из первичной области зрительной коры информация о цвете передается дальше, в более высокое зрительное поле (поле 18, часть V2), а оттуда уже в поле V4, где и происходит окончательная обработка полученных данных. Установлено, что у пациентов, имеющих повреждения этой зоны коры, цветовое восприятие затруднено, хотя эти же пациенты легко справляются с опознанием форм. Напрашивается предположение, что анализ цвета видимых объектов производится независимо от анализа их формы. В пользу этого предположения говорит и следующий факт. Ливингстон и Хьюбел обнаружили, что определенные компоненты нервной системы, отвечающие за восприятие цвета, передают свою информацию параллельно и независимо от информации о форме.

На этом описание основных особенностей цветового зрения позвольте считать, в общих чертах, законченным. В следующей главе мы рассмотрим восприятие формы и образа в целом.

<< | >>
Источник: Хакен Г., Хакен-Крелль М.. Тайны восприятия. — Москва: Институт компьютерных исследований, 2002, 272 стр.. 2002

Еще по теме 13. Цветовое зрение:

  1. Как использовать целительные свойства металлов, драгоценных камней, цветовых оттенков и ароматов
  2. 2. НАСЛЕДОВАНИЕ, СЦЕПЛЕННОЕ С ПОЛОМ(Х-ХРОМОСОМОЙ): ЦВЕТОВАЯ СЛЕПОТА
  3. 13. Цветовое зрение
  4. НАРУШЕНИЯ ЗРЕНИЯ И ДВИЖЕНИЙ ГЛАЗНЫХ ЯБЛОK
  5. БИНОКУЛЯРНОЕ ЗРЕНИЕ
  6. 3.2. Особенности реализации внушений цветовых ощущений и цветового образа (пейзажа) у здоровых лиц, больных неврозами в зависимости от глубины гипнотического состояния
  7. Обследование пациентов с расстройствами зрения
  8. Зрение
  9. Глава 4 ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ОРГАНА ЗРЕНИЯ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
  10. ПРИНЦИПЫ ЦВЕТОВОГО ДОППЛЕРОВСКОГО КАРТИРОВАНИЯ
  11. НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЦВЕТОВОЙ ДОППЛЕРОГРАФИИ
  12. Развитие методов цветового допплеровского картирования
  13. ЦВЕТОВОЕ ДУПЛЕКСНОЕ СКАНИРОВАНИЕ В ОФТАЛЬМОЛОГИИ
  14. НАРУШЕНИЯ ЗРЕНИЯ
  15. ХАРАКТЕР ЗРЕНИЯ
  16. Зрение