7. Нейробиология цветового зрения

Исследование цветового зрения и его механизмов является одним из основных направлений в изучении зрительного восприятия. Мы придаем большое значение восприятию цвета — одному из важных факторов в зрительной эстетике, влияющему на эмоциональное состо­яние.

7.1. Основные теории цветового зрения

Учение о цвете зародилось в Элладе. Еще Эмпедокл, философ и проповедник V в. до н.э., высказывал мысли о существовании четырех основных цветов: красного и желтого, белого и черного. Они соответ­ствовали «четырем основным элементам», установленным им же: огню, земле, воздуху, воде. Зрение Эмпедокл объяснял так: из глаза «истекают» потоки мелких частиц. Когда они встречаются, возникает зрительное ощущение, в том числе и цветовое.

В I в. до н.э. Демокрит предпринял попытку объяснить природу отдельных цветов с помощью атомной теории. Он также признавал четыре основных цвета. Учению о цвете придавали большое значение и Платон (V—IV вв. до н.э.), и его ученик Аристотель (IV в. до н.э.).

256

I лава IV Пшхофизиопошя фителыюговосприяшя

7 Иеиробиочошя цветовою {рения

257

А небольшой трактат «О цветах», авторство которого точно не уста­новлено (оно приписывается Аристотелю или его ученику Теофрас-ту), хотя и не сыграл большой роли в теории цветоощущения, все же содержит ряд интересных и значительных мыслей. Гениальный ита­льянский художник и ученый эпохи Возрождения Леонардо да Винчи (XV—XVI вв.), считавший глаз важнейшим из всех органов чувств, говорил: «Глаз есть окно человеческого тела, через которое он глядит на свой путь и наслаждается красотою мира».

Основы современной науки о цвете заложены И. Ньютоном, кото­рый, пропуская солнечный луч через трехгранную призму из стекла (1666), впервые наблюдал образование спектральной полосы, состоя­щей из гаммы определенных цветов. В 1672 г. он сообщил о преломле­нии солнечных лучей при прохождении через стеклянную призму. Оказалось, что белый свет разлагается на цветовые компоненты, обра­зующие видимый спектр. При смешении этих компонентов снова по­лучается белый свет. Было установлено, что белый цвет неоднороден, это смесь нескольких цветов. Все множество цветов подразделяется на две группы: ахроматические и хроматические. К ахроматическим от­носятся белый, черный и серый цвета со всеми своими многочислен­ными оттенками (их более трехсот). Все остальные цвета — хромати­ческие.

Ахроматические цвета можно представить себе расположенными на прямой, цвет которой постепенно изменяется от белого до черного. Друг от друга они различаются только по одному признаку — яркости. Хроматическим цветам присуща уже не одна, а несколько характерис­тик. Они обладают, кроме яркости, еще цветовым тоном и насыщен­ностью. К основным цветовым тонам относятся семь цветов солнечно­го спектра. Цветовой тон определяется длиной световой волны. Так, красный цвет длинноволновый, зеленый — средневолновый, а фиоле­товый — коротковолновый. Насыщенность хроматического цвета за­висит от степени «разбавления» его белым. Смешение трех основных цветов в различных соотношениях определяет все многообразие от­тенков. Указав цветовой тон, насыщенность и яркость, можно автома­тически точно обозначить любой из всего множества окружающих нас цветов.

Сегодня исследователями наиболее принята трехкомпонентная теория, согласно которой в нашей зрительной системе существуют три цветоощущающих аппарата, которые реагируют на различные цвета и дают нам возможность их видеть.

Трехкомпонентная теория цветового зрения. Впервые основные идеи трехкомпонентной теории цветового зрения были высказаны М В. Ломоносовым (XVIII в ). Он считал, что причиной света являет-

ся движение эфира, состоящего из частиц трех видов различных раз­меров. Частицы эфира могут совмещаться с частицами материи, из которых состоит «дно» глаза, и приводить их в «коловратное» движе­ние, при этом «от первого рода эфира происходит цвет красной, от второго желтой, от третьего голубой. Прочие цвета рождаются от сме­шения первых».

Еще в самом начале XIX в. Томас Юнг предположил, что все мыс­лимые цвета можно получить, смешивая три «основных» цвета. В 1801 г. он написал: «В настоящее время невозможно представить себе, что каждая чувствительная точка сетчатки содержит бесчисленное множество составных частиц, способных вибрировать в унисон с каж­дым возможным световым колебанием, мы приходим с необходимос­тью к предположению о существовании ограниченного числа рецепто­ров сетчатки, воспринимающих, например, такие основные цвета, как красный, желтый и синий...». В более поздних работах он остановился на трех «основных» цветах: красном, зеленом и фиолетовом. Опыт­ным путем Т. Юнг обнаружил, что любой видимый в спектре цвет может быть получен смешением не менее трех световых лучей. Со временем эта гипотеза получила подтверждение и ныне именуется трехкомпонентной (трихроматической) теорией. Дальнейшее разви­тие трехкомпонентная теория цветового зрения получила в работах крупнейшего естествоиспытателя Г. Гельмгольца (XIX в.).

Физиологические, биохимические и биофизические исследования подтверждают трехкомпонентную теорию. В сетчатке глаза у рыб, млекопитающих и человека имеются светочувствительные клетки — палочки и колбочки. Палочки работают лишь при слабом освещении (например, в сумерках и ночью) и различают только градации света и темноты. Колбочки же воспринимают цвет, но только при дневном освещении. Колбочки бывают трех типов. Они обнаружены у челове­ка и у ряда других приматов. Трем типам колбочек соответствуют три типа чувствительности, лежащие в различных частях видимого спект­ра — колбочки часто называют просто «синими», «зелеными» и «крас­ными» по положению соответствующих пиков в спектре. В классичес­кой теории трех основных раздражителей предполагается, что с воз­буждением каждой колбочки связано одно из трех основных цветовых ощущений. Это ощущения синего, зеленого и красного. Считали, что ощущение желтого возникает при одновременном возбуждении «красных» и «зеленых» волокон, ощущение белого — при одновремен­ном возбуждении волокон всех типов, а ощущение черного — при пол­ном отсутствии возбуждения.

Таким образом, согласно теории Ломоносова — Юнга — Гельм­гольца, существуют три типа цветочувствительных элементов, реаги-

17-1015

258

I лава IV Психофизиология зрительного восприятия