Революция в зрении. Что, как и почему мы видим на самом деле Чангизи Марк

До сих пор мы много говорили про кожу и очень мало о глазе (если не считать вывода о том, что источником нашей телепатии и экстрасенсорных способностей служат глаза и мозг, а не кожа как таковая). Глаз способен превратить ничем не примечательную кожу в цветной “дисплей”. Но чтобы понять смысл этого, необходимо сначала разобраться, что такое цветовосприятие.

В рассказе о восприятии цветов удачной отправной точкой может показаться радуга. В конце концов, ведь здесь мы видим сразу все цвета, не так ли? Действительно, глядя на радугу, можно увидеть немало цветов (“каждый охотник желает знать, где сидит фазан”): красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый (рис. 10, вверху) и все промежуточные опенки, например, красновато-оранжевый и желтовато-зеленый. Это много. Но все ли? В школе нас учили, что белый содержит в себе все цвета и что если поставить на пути луча призму, она расщепляет его на лучи всех возможных опенков, расположенные в виде напоминающего радугу спектра (в случае радуги роль призмы выполняют дождевые капли). Отсюда можно заключить, что радуга содержит в себе все цвета. Уже само слово “спектр” подразумевает некую полноту. Вот какое определение дает ему “Оксфордский словарь английского языка”: “Полный диапазон или возможные рамки чего-либо, упорядоченного по значению, качеству и т. п.” Однако достаточно беглого наблюдения, чтобы убедиться в том, что всех цветов радуга не содержит. Оглядите комнату, в которой вы находитесь. Вам не составит труда дать название практически любому из окружающих вас опенков, и все же большинство из них на цвета радуги не похоже. Спора нет, на радуге можно найти примерные эквиваленты небесной синевы, цвета апельсина или свежей крови. Ну а как быть с пурпурным, коричневым, розовым, серым, хаки, каштановым, не говоря уже о телесном цвете? Среди цветов радуги их нет. Радуга отображает лишь одно измерение нашего цветовосприятия. Многие цвета отсутствуют в ней, потому что таких измерений не одно, а целых три.

Все, что радуга действительно отображает — это тона, но даже их она отображает не вполне: ей не хватает целого класса опенков — пурпурной гаммы. Они там отсутствуют, и это означает, что ни одна длина световой волны не воспринимается нами как пурпурный цвет. Чтобы свет выглядел пурпурным, его спектр должен иметь два пика: коротковолновый и длинноволновый. Пурпурные опенки видятся нам как промежуточные между синим (или фиолетовым) и красным, однако у радуги синий и красный находятся на противоположных сторонах и не соприкасаются. (Фиолетовый — отнюдь не синоним пурпурного. Этим словом обозначают только цвет, который расположен на самом краю радуги, за синим.) Мы могли бы подретушировать радугу, пририсовав пурпурные оттенки снаружи от красного, но это все равно не помогло бы нам отобразить одно очень важное свойство цвета — его “профиль”. Оттенки вообще неправильно располагать вдоль прямой линии (как в верхней части рис. 10). Это, по сути, круг. Примерно такой, как на рис. 10 (внизу): красный и фиолетовый края радуги “склеены" посредством пурпурного. Пурпурные тона начинаются с пурпурно-красного, плавно переходят в собственно пурпурный и перетекают в пурпурно-синий, почти фиолетовый.

Однако тон — лишь одно из трех измерений цвета. Остальные два — насыщенность и яркость. Насыщенность — это то, насколько “сочным” выглядит тот или иной опенок. Например, у серого цвета, пока в него не добавят ни капли красного, насыщенность красным равна нулю. Чем больше добавляешь красного, тем насыщеннее красным становится цвет. А чем сильнее обеднять какой-либо опенок, тем серее он станет. Последнее замечание помогает понять, как должен выглядеть “профиль” насыщенности. Рис. и похож на цветовую диаграмму с рис. 10, но теперь вместо разноцветной окружности мы видим полностью закрашенный диск. В центре располагается серый цвет, из которого можно получить любой опенок, постепенно увеличивая насыщенность в нужном направлении. Итак, теперь у нас не одно цветовое измерение, а два: тон, то есть координата на опоясывающей диск окружности, и насыщенность, то есть расстояние от центра диска.

Третьим измерением цвета является яркость. Не будучи, на первый взгляд, свойством цвета как такового, она, тем не менее, — важный аспект цветовосприятия. Если оставить тон и насыщенность неизменными и менять только яркость, это будет восприниматься как переход от одного цвета к другому. Например, коричневый цвет в действительности представляет собой красноватый тон с низкими значениями насыщенности и яркости. Если усилить яркость, коричневый перестанет быть коричневым, а будет выглядеть как красный или оранжевый. И очевидно, что серый цвет при варьировании яркости претерпевает качественные изменения: если существенно повысить или понизить яркость, то он превратится соответственно в белый или в черный.

Уметь рассуждать о цвете в понятиях тона, насыщенности и яркости очень важно: без понимания этих трех измерений вообще невозможно толком сказать, что такое цвет. Но многие детали нам все еще неясны. Например, где именно на круге должен располагаться каждый оттенок, и почему? На рис. 10 и 11 я расположил красный напротив зеленого, а синий напротив желтого. Но ни из чего, что мы обсуждали до сих пор, не следует, что это должно быть именно так. Скажем, красный можно было разместить напротив синего, чтобы пурпурные тона охватывали одну половину круга, а на другой половине ютились все синие, зеленые, желтые и оранжевые опенки. Как мы увидим, существует и другой способ рассуждать о цветовом пространстве — очень содержательный и помогающий определить точное местоположение цветовых тонов на круге. Кроме того, он поможет нам разобраться с опенками, которые видим мы, приматы, а остальные млекопитающие не видят. Этот альтернативный взгляд на цветовое пространство стал возможен благодаря открытиям великого мыслителя рубежа XIX-XX веков Эвальда Геринга (подтвержденным в 50-х годах XX века Лео Хурвичем и Доротеей Джеймсон, а также Робертом Бойнтоном и многими другими учеными).

Геринг обнаружил, что почти любой опенок на цветовом круге является смесью двух других цветов. Например, пурпурный цвет выглядит как смесь красного с синим, а оранжевый — как смесь желтого с красным. Отсюда следует важный вывод: должны существовать такие опенки, которые не кажутся смешанными, — чистые (основные) цвета. Допустим, мы воспринимаем цвет В как сочетание цветов С и D. Являются ли С и D, в свою очередь, тоже смесями? Если так, то В может быть представлен в виде сочетания не двух оттенков, а больше. Например, если С — это смесь Е и F,aD — смесь G и Н, то В на самом деле должен быть четырехкомпонентной смесью Е, F, G и Н. Однако Геринг установил, что каждый оттенок воспринимается нами как сочетание максимум двух цветов. Следовательно, если В — это комбинация С и D, то С и D уже не могут быть смесями. Они должны восприниматься как чистые цвета.

Какие оттенки являются чистыми с точки зрения восприятия? Сколько их? Геринг сделал два интересных наблюдения, и каждое приводит к выводу, что основных цветов не два, не десять и не сто, а четыре. Он обнаружил, что только четыре цвета кажутся людям чистыми, несмешанными: синий, зеленый, желтый и красный. Тогда любой смешанный тон должен восприниматься как сочетание каких-либо двух из перечисленных. Геринг выяснил, что так и есть: его второе наблюдение состояло в том, что все смешанные цвета на самом деле являются комбинациями каких-либо двух из четырех первичных, неделимых цветов. Скажем, оранжевый — смесь красного и желтого. Это было великое открытие, показавшее, что четыре основных цвета — это те “кирпичики”, из которых наше восприятие собирает все остальные оттенки. Любые бесчисленные и тончайшие переходы — от фиолетового к синему, от синего через зеленый, желтый и оранжевый к красному, от красного к пурпурному и снова к фиолетовому — сводятся к этим четырем чистым цветам. Надеюсь, вы догадываетесь, почему таких параметров, как тон, насыщенность и яркость, для понимания субъективного восприятия цвета недостаточно. Принимая во внимание только эти три измерения, нельзя увидеть, что существует всего четыре чистых цвета и что все остальные оттенки образованы их парами.

Геринг обнаружил и нечто такое, что мало кто знает о себе и о собственных цветовых ощущениях. Тона — и цвета вообще — имеют свои противоположности. Никого не удивит заявление, что черный и белый воспринимаются нами как цвета-антагонисты. А какой цвет противоположен красному? На первый взгляд, сам вопрос может показаться лишенным смысла, и наш опыт не подсказывает ответ. Кое-кто догадается, что оппонентные цвета находятся на противоположных сторонах диска, изображенного на рис. 10, но как узнать, какие цвета противопоставлены друг другу? Мы помним, что есть четыре основных цвета и что любой другой цвет является комбинацией двух из них. Геринг выяснил, что некоторых сочетаний этих элементарных цветов не существует. Красный может смешиваться с синим, образуя пурпурный, и с желтым, образуя оранжевый. Но, как заметил Геринг, в сочетании с зеленым красный не может дать какого-либо нового опенка. Иначе говоря, ученый обратил внимание на то, что не существует оттенка, который можно было бы назвать красно-зеленым. Заметил он и то, что хотя синий смешивается с красным или с зеленым, его соединение с желтым не служит источником новых опенков. Другими словами, желто-синего цвета не существует.

Рис. 1.

Измеренное мною соотношение цветов, встречающихся в книге О. Расине “Полноцветный атлас истории западного костюма: 92 разворота с изображением более 950 подлинных одеяний от средних веков до 1800 года”. Стрелкой указана встречаемость предметов одежды “телесных” тонов.

Рис. 2.

Перечислите цвета, которые вы видите на фотографии.

Рис. 3.

Спектры отражения различных типов человеческой кожи (взяты из базы спектральных данных Университета штата Северная Каролина). Обратите внимание, как они сходны друг с другом, в отличие от других примеров спектров отражения.

Рис. 4.

Примеры “смайликов”. Зеленый цвет нередко ассоциируется с болезнью, синий — с дурным настроением, красный — с силой и гневом, а желтый — с радостью.

Рис. 5.

Определения цветов из “Оксфордского словаря английского языка”, имеющих отношение к коже, крови и эмоциям.

Рис. 6.

При наложении жгута происходит накопление крови, относительно богатой кислородом, в результате чего кожа краснеет и синеет. Кожа над неглубоко залегающими венами содержит большое количество обедненной кислородом крови и потому приобретает зеленоватый и синеватый оттенки. Кожа с пониженным содержанием крови кажется желтой по сравнению с нормой (в центре).

Рис. 7.

Цветовые изменения, которые претерпевает кожа в зависимости от параметров крови, информация, которую могут нести эти цвета, и распространенные ассоциации, связанные с ними.

Рис. 8.

Гипертрихоз — патология, при которой волосы растут на тех участках кожи, которые в норме лишены растительности.

Рис. 9.

а) Представители приматов, не обладающих цветовым зрением, подобным нашему. Видно, что они полностью покрыты шерстью. б) У большинства обезьян Нового Света цветовым зрением обладают лишь самки, в) Среди обезьян Старого Света (и у нас) цветовым зрением обладают и самцы, и самки. На рисунке можно заметить, что представители последних двух групп, (б) и (в), имеют на голове безволосые участки кожи.

Рис. 10.

Радуга — не самый удачный способ изображения оттенков. На ней отсутствуют пурпурные тона, и она не отражает тот факт, что цветовые переходы образуют кольцо: красный плавно перетекает в фиолетовый через пурпурный.

Рис. 11.

Оттенок и насыщенность (два цветовых измерения помимо яркости) вместе образуют плоский диск, где оттенок — координата на окружности, а насыщенность — расстояние от центра.

Рис. 12.

Этот плоский диск аналогичен тому, который мы видели на предыдущем рисунке, с той лишь разницей, что теперь он показывает не местоположение на окружности (оттенок) и не расстояние от центра (насыщенность). Вместо этого на нем изображены две координатные прямые: желто-синяя (вертикальная) и красно-зеленая (горизонтальная). Они иллюстрируют свойственный нашему цветовосприятию цветовой антагонизм: на противоположных сторонах круга находятся оттенки, которые воспринимаются нами как антиподы. Наш мозг ощущает переход от красного к зеленому благодаря сопоставлению сигналов, получаемых от колбочек, чувствительных к длинноволновому (i-колбочки) и средневолновому (М-колбочки) свету: чем выше активность L-колбочек по сравнению с M-колбочками, тем краснее видимый нами оттенок, а чем выше активность M-колбочек по сравнению с L-колбочками, тем больше мы видим зеленого. Что же касается различий на сине-желтой оси, то их мозг воспринимает, сопоставляя сигналы от колбочек, чувствительных к коротковолновому свету, то есть S-колбочек, и усредненным значением сигнала от колбочек двух других типов: чем выше активность S-колбочек по сравнению со всеми остальными, тем больше мы видим синего, а чем она меньше, тем больше мы видим желтого.

Рис. 13.

Без дополнительного типа колбочек, имеющегося у трихроматов (справа), большинству млекопитающих недостает одного из цветовых измерений: красно-зеленой оси координат. У них есть всего два измерения: яркость и единственное собственно цветовое измерение — ось, идущая от желтого к синему через серый.

Рис. 14.

Чувствительность колбочек имеющихся у нас трех типов (S, М и L) к разным длинам волн. Можно видеть, что колбочки УМ и L обладают практически одинаковой чувствительностью (максимально возбудимы при длинах волн, равных соответственно 535 и 562 нм). Также показан типичный спектр отражения человеческой кожи. Его отличительной чертой является изгиб в виде буквы W, образуемый графиком на уровне, соответствующем приблизительно 550 нм. Обратите внимание на то, что левое нижнее колено и срединный пик этой W примерно совпадают со значениями максимально высокой чувствительности колбочек Mи L, соответственно. Своей W-образной формой кривая обязана окисленному гемоглобину крови. Именно благодаря тому, что S- и L-колбочки наиболее чувствительны к этим, а не каким-то иным, длинам волн, мы способны с легкостью замечать даже незначительные изменения цвета кожи.

Рис. 15.

Спектр кожи, воспринимаемый сетчаткой (то есть после прохождения через все глазные фильтры), меняется в зависимости от показателей подкожной крови. Синий и желтый графики характерны соответственно для кожи с высоким и низким содержанием крови (точнее, гемоглобина). Обильное кровоснабжение сдвигает И/-образный зигзаг на графике вниз, а недостаток крови — вверх. Красная кривая соответствует высокому уровню оксигенации подкожной крови, зеленая — низкому. Колебания претерпевает лишь один участок спектра — область “буквы ИГ. Рассчитав разницу между суммарными активностями колбочек типов L и /И, можно оценить уровень содержания кислорода в крови. Обратите внимание на то, что изменение оксигенации мало затрагивает высоту местоположения W на графике, то есть колебания концентрации кислорода слабо влияют на изменение оттенка кожи по желто-синей оси. Сравнивая усредненную активность M-колбочек и L-колбочек с активностью S-колбочек, головной мозг способен делать выводы об интенсивности кровоснабжения кожи.

Рис. 16.

На каждом из четырех графиков показан спектральный состав отраженного от кожи света после его прохождения через глаз (то есть непосредственно в том виде, в каком он достигает колбочек). Синий и желтый графики показывают, как изменяется этот спектр отражения в зависимости от интенсивности кровоснабжения кожи. Основные изменения затрагивают область 550 нм, где график образует W-образный зигзаг, местоположение которого на графике тем ниже, чем больше крови накапливает кожа. Вот почему кожа, содержащая избыток крови, кажется синей: совокупная активность колбочек типов М и L понижается, а уровень активации S-колбочек остается неизменным. Красный и зеленый графики помогают понять, каким образом на тот же самый спектр отражения влияют колебания концентрации кислорода в крови. Основные изменения снова затрагивают область 550 нм, но теперь различия связаны не с местоположением, а с формой кривой: чем более кровь обогащена кислородом, тем выраженнее W-образный зигзаг, который при деоксигенации исчезает. Поскольку центральный пик этой W примерно соответствует той длине волны, к которой колбочки типа L максимально чувствительны, получается, что чем выраженнее W-образная форма, тем более возбуждены i-колбочки по сравнению с M-колбочками и тем более красной кажется нам кожа. Функция этих двух типов колбочек заключается в том, чтобы улавливать различия на красно-зеленой оси цветового пространства (в том числе отражающие и изменения концентрации кислорода в крови), не создавая при этом помех для нашей древней, свойственной всем млекопитающим способности ориентироваться в сине-желтом измерении (позволяющей, помимо прочего, оценивать интенсивность кровоснабжения кожи).

Кто-то, возможно, возразит, что зеленый это и есть желто-синий, ведь всем известно, что если смешать желтый с синим, получится зеленый. Это так: если физически добавить желтую краску к синей, цвет получившейся смеси с большой вероятностью будет близок к тому, что мы называем зеленым. Но, видя чистый зеленый тон, мы не можем сказать, будто он нам кажется смесью желтого с синим. В то же время пурпурный выглядит так, будто бы в нем содержатся и синий, и красный, а оранжевый воспринимается нами как смесь красного с желтым. То есть нет цвета, который казался бы нам смесью желтого с синим (зеленый не подходит — он выглядит так, будто в нем нет ни желтого, ни синего), как не существует и такого цвета, в котором мы видели бы опенки одновременно красного и зеленого.

Итак, у нас в голове красный цвет визуально не смешивается с зеленым, а синий — с желтым. Получается, что в нашем восприятии возможны только четыре комбинации основных цветов: сине-зеленый, зелено-желтый, желто-красный и красно-синий. Почему в нашем сознании одни оттенки способны смешиваться, а другие нет? Геринг пришел к заключению, что синий с желтым и зеленый с красным должны представлять собой пары перцепционных противоположностей. Важнейшим свойством противоположностей является то, что их сочетание лишено смысла. Например, человек может быть одновременно высоким и веселым, но нельзя быть сразу веселым и грустным, как и высоким коротышкой. Бесполезно рассматривать какой-либо оттенок в качестве сочетания синего и желтого цветов, и это подсказывает нам, что в нашем восприятии синий является противоположностью желтого. То же справедливо и для пары красный/зеленый. Таким образом, синий с желтым должны располагаться на противоположных сторонах диска, изображенного на рис. и, и зеленый с красным тоже. Для начала неплохо: мы знаем, как расположить синий относительно желтого и красный относительно зеленого. Но как расположить на круге красный и зеленый относительно желтого и синего? Красный — чистый оттенок, не содержащий ни синего, ни желтого, и потому он в равной степени несходен с ними обоими. Таким образом, на цветовом круге красный должен быть равноудален от желтого и от синего. А поскольку зеленый — антагонист красного, он тоже должен находиться на одинаковом расстоянии от синего и желтого, только с противоположной стороны. Таким образом, мы получаем цветовой круг, где синий, зеленый, желтый и красный цвета расположены через одинаковые промежутки, равные 90° (см. иллюстрации, давно предвосхитившие этот только что сделанный нами вывод). Соответственно, любой из промежуточных оттенков находит свое место на одной из четырех четвертей получившегося диска (рис. 12).

Теперь, когда мы знаем, как оттенки располагаются на цветовом диске, разрешите предложить вам новый способ рассуждать о субъективном восприятии цвета. Этот подход даст нам возможность понять, почему мы, приматы, видим палитру красок более широкую по сравнению с прочими млекопитающими. Вместо того чтобы использовать те категории, которые представлены на рис. и — положение на круге (тон) и удаленность от центра (насыщенность), - можно поступить проще: провести две координатные прямые, вроде осей x и y, как на рис. 12. Одной из этих прямых будет сине-желтая ось, соединяющая чистый синий тон с чистым желтым (его антагонистом) и проходящая через серый центр круга. На рис. 12 эта линия представлена в виде вертикальной оси (у). Серый цвет на этой оси можно приравнять к нулю, синие оттенки считать положительными значениями, а желтые — отрицательными (желтый — это как бы синий со знаком минус). Второй координатной прямой будет красно-зеленая ось, соединяющая чистый красный с чистым зеленым (его антагонистом) и тоже проходящая через серый. На рис. 12 она представлена в виде горизонтальной оси (х). За нуль мы снова примем серый цвет. Красные оттенки будем считать положительными значениями, зеленые — отрицательными (зеленый — это красный со знаком минус). Иначе говоря, два измерения диска могут быть описаны не только через тон и насыщенность, но и при помощи двух перпендикулярных осей — вертикальной и горизонтальной, образующих систему координат. Существует и третья перпендикулярная линия, на рис. 12 не показанная, — черно-белая ось, которая показывает степень яркости.

Данные оси координат помогают уяснить, как устроено наше цветовосприятие. Без них нелегко было бы разобраться и в том, что именно происходит у нас в глазу, когда он видит тот или иной оттенок. Помните колбочки, упоминавшиеся в начале главы? Колбочки трех типов — S, М и L — это нейроны, которые активируются при воздействии световых лучей соответственно с короткими, средними и длинными волнами. С их помощью глаз производит вычисления трех видов. Каждый имеет отношение к одной из трех перпендикулярных осей: черно-белой (яркости), сине-желтой и красно-зеленой. Если не вдаваться в детали, то ваше восприятие яркости (колебаний от черного к белому) отражает суммарное число активированных колбочек трех типов (хотя, судя по всему, наибольший вклад вносят колбочки М и L): чем больше колбочек активировано, тем выше воспринимаемая яркость. Восприятие колебаний от синего к желтому зависит от разницы между активацией S-колбочек и усредненным значением активации M- и L-колбочек. Когда колбочки S-типа активированы сильнее, чем типов M и L, вы видите синий цвет, когда наоборот — желтый. А восприятие оттенков на красно-зеленой оси основано на различии между активацией L-колбочек и M-колбочек: чем сильнее активированы колбочки типа L по сравнению с колбочками типа М, тем больше красного мы видим. И наоборот: чем слабее активированы L-колбочки и сильнее — M-колбочки, тем больше нам видится зеленого.

Теперь самое время объяснить, чем картина мира приматов, обладающих цветовым зрением, отличается от того, что видит большинство прочих млекопитающих. Цветовое пространство типичного млекопитающего (включая тех приматов, у которых цветовое зрение отсутствует) не похоже на описанное выше. Ему не хватает целого измерения, поскольку обычно млекопитающие обладают колбочками не трех типов, а лишь двух. Вместо М и L у них всего один тип колбочек — М/L. Альтернативного механизма, отвечающего за различение зеленого и красного, они не имеют и потому не воспринимают оттенков на красно-зеленой оси. Эта ось — эволюционное новшество, возникшее у обладающих цветовым зрением приматов. То, что для нас является двухмерным диском (рис. 12), с точки зрения наших предков-дальтоников представляло собой одномерную прямую линию. Наше восприятие цветов можно представить в виде трехмерного двойного конуса (рис. 13, справа), а аналогичную схему цветового восприятия типичного млекопитающего — в виде плоского двухмерного ромба (рис. 13, слева). В результате обладающие цветовым зрением приматы видят бесконечное количество оттенков, плавно переходящих один в другой, а млекопитающие с дихроматическим зрением различают всего два тона: желтый и синий. Следовательно, цветовое зрение обычных млекопитающих существенно беднее нашего — вот почему мы утверждаем что оно у них отсутствует.

Если говорить начистоту, это не вполне так. В конце концов, они способны различать два тона: синий и оппонентный ему желтый. Это сине-желтое измерение в сочетании с варьированием яркости создает, в сущности, бесконечное множество оттенков (и пусть тонов всего два). И если бы мы взялись настаивать, что более скудная цветовая палитра млекопитающих не заслуживает права именоваться цветовым зрением, то птицы, рептилии и пчелы были бы вправе заявить, что цветового зрения нет и у нас, поскольку их цветовое пространство куда многомернее нашего. Если видимый нами мир красочнее того мира, который видит большинство других млекопитающих, то цветовосприятие этих не относящихся к млекопитающим животных еще богаче. Но пусть кто-то из них попробует заявить, что я не обладаю цветовым зрением!

Кровь в глазах

Итак, мы стали лучше понимать принципы, на которых строится наше цветовосприятие. Но по-прежнему неясно, почему тот или иной предмет имеет для нас ту или иную окраску. Почему трава видится нам зеленой, а не фиолетовой? Почему небо голубое, а не красное? Пока нам известно, кроме прочего, что наше восприятие красного цвета является чистым, что пурпурный ощущается как смесь красного и синего, что среди видимых нами оттенков не существует такой категории, как красновато-зеленые. Но описанное здесь цветовое пространство — это, в конечном счете, просто палитра красок, при помощи которой можно было как угодно расцветить окружающие предметы. Однако наш мир использует эту палитру строго определенным образом. Трава зеленая, а не фиолетовая. Небо голубое, а не красное. То, в какие цвета будет “выкрашен” тот или иной предмет, зависит от особенностей спектральной чувствительности нашей зрительной “аппаратуры”. Помимо самого факта, что мы сопоставляем сигналы, получаемые от имеющихся у нас колбочек трех типов — чувствительных к коротким, средним и длинным световым волнам, — нам необходимо знать и то, к каким конкретно длинам волн они чувствительны. В разделе “Зеленые фотоны” уже упоминалось, что когда мы говорим о цвете, речь идет не столько о длинах волн, сколько о восприятии сложной смеси световых лучей со всеми возможными длинами волн (в рамках видимой части спектра), исходящей от каждого предмета. В ходе эволюции у нас выработалась способность видеть не фотоны, а определенные предметы и поверхности — в первую очередь поверхность кожи.

На рис. 14 показано, к каким длинам волн восприимчивы наши колбочки каждого из трех типов. Вы, конечно, обратите внимание на ту странность, что чувствительности колбочек M и L едва не наступают друг другу на пятки. На первый взгляд это кажется чудовищным инженерным просчетом. Разумнее было бы снимать показания через одинаковые промежутки спектра, чтобы S-колбочки были восприимчивы к коротким световым волнам, M-колбочки — к средним, а L-колбочки — к длинным. Именно так устроены фотоаппараты. По этому же принципу работают глаза птиц, пресмыкающихся, рыб и пчел (хотя у перечисленных животных свет анализируют не три, а четыре типа колбочек). Обладание фоторецепторами двух различных типов для восприятия волн практически одинаковой длины кажется бессмысленной расточительностью.

Но в этом безумии есть логика. На это намекает рис. 14, где, помимо графиков чувствительности колбочек, можно увидеть, как выглядит типичный спектр отражения человеческой кожи. Его самой важной отличительной чертой является характерный изгиб в форме буквы W — эта небольшая загогулина появляется в связи с особенностями поглощения света окисленным гемоглобином, содержащимся в подкожной крови. Обратите внимание, насколько те длины волн, к которым колбочки М и L наиболее восприимчивы, совпадают соответственно с левым нижним коленом и с центральным пиком этой W. Как нам вскоре станет ясно, именно такое наложение графиков и есть тот решающий фактор, которому мы обязаны своей способностью к эмпатии.

На рис. 15 видно, как спектр отражения кожи меняется в зависимости от количества подкожной крови и ее насыщенности кислородом. (Здесь показано, как выглядит этот спектр уже после того, как свет прошел через глаз, — именно в таком виде он достигает колбочек. А на рис. 14 спектр отражения кожи изображен до того, как глаз исказил его. Наш глаз не является абсолютно прозрачным, и поэтому не весь попадающий в него свет достигает сетчатки.) Синий и желтый графики показывают, как интенсивность кровоснабжения влияет на спектр. Главное изменение при переходе от недостатка крови (желтый график) к ее избытку (синий график) заключается в том, что W-образный участок кривой сдвигается вниз. Все остальные ее участки остаются практически неизменными. По мере того как количество крови возрастает, средняя совокупная активность М- и L-колбочек падает, и кожа выглядит более синей. А если изменять те же параметры в обратном направлении, она желтеет. (Кроме того, увеличение количества крови снижает общую яркость кожи, а недостаточное кровоснабжение, напротив, увеличивает ее. Уж не поэтому ли синий слывет у нас “темным” цветом, а желтый — “светлым”?)

Красная и зеленая кривые на рис. 15 показывают зависимость изменений спектра нашей кожи от концентрации кислорода в крови. Как вы можете видеть, местоположение “буквы W" на графике осталось в общем прежним. Здесь изменения гораздо тоньше: по мере того как уровень оксигенации растет, W-образная форма становится все более выраженной. А поскольку колбочки типа M наиболее чувствительны к длинам волн, соответствующим левому нижнему колену W-образного зигзага, а колбочки типа L — к длинам волн, соответствующим его центральному пику, то чем отчетливее видна “буква W” в связи с увеличением содержания кислорода в крови, тем сильнее возбуждены L-колбочки по сравнению с M-колбочка- ми. Это приводит к тому, что кожа выглядит краснее. Аналогичным образом деоксигенация подкожной крови приводит к преобладанию зеленых оттенков. Рис. 16 представляет те же самые четыре кривые, что мы видели на рис. 15, но здесь они расположены вокруг цветового диска, взятого из предыдущих иллюстраций.

Именно это сближение пиков чувствительности у колбочек типов М и L позволяет нам увидеть, как меняется цвет кожи в зависимости от изменения обоих связанных с кровью параметров. Взгляните, как похожи четыре спектра отражения на рис. 15 (особенно это заметно при сопоставлении спектров для окисленной и неокисленной крови). Различить столь тонкие цветовые колебания непросто, и пики чувствительности М- и L-колбочек располагаются точно так, чтобы сделать это возможным: соответственно в области левого нижнего колена и срединного пика W-образной фигуры. Такое их расположение не только позволяет нам видеть в красно-зеленом измерении. Благодаря ему колбочки типов М и L вместе по-прежнему могут выполнять функцию предковых M/L-колбочек, и это дает нам возможность сохранить и сине-желтое измерение своего цветового пространства. А поскольку наша новоприобретенная способность отмечать колебания концентрации кислорода вследствие умения видеть на красно-зеленой оси не создает помех древнему восприятию сине-желтой гаммы, можно предположить, что это положение дел является результатом направленного естественного отбора. Более того, точное расположение свойственных М- и L-колбочкам пиков чувствительности идеально подходит для того, чтобы мы могли максимально четко отличать колебания количества крови от колебаний уровня оксигенации. Скажем, если бы эти пики чувствительности расположились на уровне центрального пика и правого нижнего колена “буквы W", мы по-прежнему видели бы оттенки на красно-зеленой оси, да и колбочки типов M и L остались бы, вероятно, достаточно похожи на предковые М / L-колбочки и не препятствовали бы различению сине-желтой гаммы. Однако в этом случае колебания количества крови влияли бы на наше восприятие красного и зеленого гораздо сильнее, чем теперь. Смысл изменений цвета кожи по красно-зеленой оси был бы менее однозначен: нам труднее было бы определить, сдвигом какого именно параметра — кровоснабжения или оксигенации — вызван тот или иной цветовой переход. Благодаря имеющимся у нас колбочкам колебания воспринимаются как сравнительно независимые друг от друга.

Новшеством является лишь красно-зеленое цветовое измерение, а сине-желтое в ходу уже десятки миллионов лет и возникло задолго до того, как мы обзавелись голой кожей. Значит ли это, что информацию об эмоциях передает только варьирование цвета кожи по красно-зеленой шкале? Почти наверняка нет. В ходе эволюции наша цветовая сигнализация могла подгоняться под любые цвета, которые мы были способны видеть. А поскольку колебания интенсивности кровоснабжения и концентрации кислорода — параметры более или менее независимые, цветовая сигнализация имела возможность извлекать пользу как из древнего сине-желтого, так и из нового красно-зеленого измерения, создавая для наших глаз как можно более броские сигналы.

Отблески цвета

Цветовое зрение — это приблизительное восприятие различных распределений длин волн исходящего от объектов света. Но наши глаза — не спектрометры, и они не способны измерить, сколько в них попадает света с той или иной длиной волны. Для этого понадобились бы десятки, даже сотни типов колбочек, а не два, три или четыре, которыми обычно располагают животные (хотя у некоторых ракообразных бывает и больше). И поэтому доставшиеся нам колбочки мы используем для анализа тех длин волн, которые для нас особенно важны. Если X — нечто, обладающее первостепенной важностью (например, кожа), то естественный отбор будет благоприятствовать такой чувствительности колбочек, которая позволит наилучшим образом видеть X. Цветовое зрение животного будет “спроектировано под Х”.

Очень важно, что видимые нами цвета внешнего мира — это своего рода удобная иллюзия. Как будто эволюция взяла набор карандашей и пометила разными цветами вещи, которые важны для нашего выживания и размножения. Однако в реальности таких меток не существует. Дональд Д. Хоффман, профессор когнитивистики Калифорнийского университета в Ирвайне, любит обращать на это внимание, но предпочитает говорить не о цветных карандашах, а использовать другую метафору: “рабочий стол” компьютера. На его виртуальной поверхности есть иконки различных форм и цветов, которые можно перемещать, открывать и даже класть в корзину. Такой “рабочий стол” представляет собой визуальное отображение процессов, происходящих внутри компьютера. Но каким образом осуществляется выбор той или иной формы этого отображения? Разумеется, не путем эволюции в естественной среде, а вследствие требований рынка, который несколько десятков лет вынуждал инженеров разрабатывать все более удобные для человеческого мозга пространства “рабочих столов” — то есть визуальные системы, позволяющие заглядывать “внутрь” компьютера. Эволюция “рабочих столов” улучшила наше взаимодействие с компьютером, подобно тому, как эволюция нашего зрительного восприятия усовершенствовала взаимодействие с реальным миром.

Страницы: 1234 » »»

Читать бесплатно другие книги:

История

Геродот

...

Рассказы просто так (сборник)

Киплинг Редьярд

Несколько лет тому назад случилось так, что я оказался в компании вполне взрослых людей и с их мален...

Любовь со вкусом вишни

Алюшина Татьяна

Вероника не похожа ни на одну из женщин, которых приходилось встречать Сергею. Она не умеет кокетнич...

Дуэль Лермонтова и Мартынова

Сборник

После убийства на дуэли великого русского поэта А.С. Пушкина его преемником стал М.Ю. Лермонтов. Сме...

Девятый легион

Северов Виктор

Обыкновенный российский город Владимирск подвергся неожиданному нападению из… параллельной Вселенной...

Между Азией и Европой. История Российского государства. От Ивана III до Бориса Годунова (адаптирована под iPad)

Акунин Борис

В этой книге оживают страницы отечественной истории XV–XVI веков – как драматичные, ключевые события...

©2009-2024 Книж.ру - электронные книги. Обратная связь