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

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.