ЦВЕТНОЕ ЗРЕНИЕ

Две основные теории цветного зрения, появившиеся в девятнадцатом веке, предлагали взаимоисключающие идеи о природе биологических механизмов. Исследования в области физиологии установили, что эти идеи дополняют друг друга.

Ночью, при скудном свете, мы видим объекты только в виде серых очертаний. Затем, выходит дневное солнце и мир взрывается буйством красок.

Та лёгкость, с которой мы  воспринимаем цвета, например их красоту, определяется светом.

Платон первым начал разрабатывать теорию восприятия цвета принимая во внимание энергию, опосредующие объективные физические и надопытные субъективные элементы.

Воззрения Платона являются промежуточными между школами изучения зрения с точки зрения «входа» и «выхода» образов с одной стороны, и доктриной Аристотеля – с другой.

В первом случае, попадание в глаз объективного физического образа материального объекта представляется даже в отсутствие света (Пифагор, Эмпедокл). Во втором случае, сторонники школы «выхода», полагали, что глаз излучает что-то исходящее от души, чувственную силу, которая может субъективно воспринимать реальный цвет физического тела.

Для Аристотеля же зрение становится возможным благодаря присутствию света, энергии распространяющейся в эфире, среде, которая не взаимодействует ни с энергией, ни с частицами.

Платон, со своей стороны, считает глаз местом, где смешивается внутренняя энергия «чистый огонь в глазах» и внешняя энергия «дневной свет». Таким образом, цвет, зрение и восприятие объектов возникают благодаря смешению этих двух потоков.

Платон интуитивно вывел принцип оппозиции, который управляет процессом восприятия и синтезом цвета.

“Так мы и назовем их: «белое» – то, что расширяет зрительный луч, «черное» – то, что его сужает.”

Расширение зрительного луча вызывает ощущение белого, а его сужение – чёрного. Чёрный и белый цвета возникают благодаря взаимодействию «внешнего огня» (света) и материальных объектов. Это два полярных ощущения, которые формируют восприятие вспышек огня, происходящее от зрительного луча.  Этот вспыхивающий огонь называется сверкающим или блестящим. Между ними есть промежуточный тип луча, который воспринимается как красный. Таким образом, благодаря различным их комбинациям мы получаем все остальные цвета.

Через примерно семь веков после Платона, между 200 и 400 годами н.э. Плотин становится ведущим представителем неоплатонической школы, который подтвердил энергетическую природу явления синтеза и восприятия цвета: «огонь» Платона становится «светом» и сохраняет свою двойственность, существуя как снаружи, так и внутри.

«Простая же красота цвета возникает благодаря преодолению светом темного начала в материи, ну а сам свет бесплотен, он — дух и эйдос.» (Плотин, Эннеады)

Для обозначения как света от физических тел, так и света внутреннего Плотин использует одно слово (фос — φῶζ). К сожалению, в средневековой учебной литературе, в латинском переводе, оно соответственно разделилось в на два слова:  lumens  и lux, что стало общим для всех дисциплин (науки, философии и теологии) с середины двенадцатого века и до самого Декарта.

Несмотря на это, греческие труды достигают арабов и переводятся на сирийский и арабский языки. Ибн-аль-Хайсам, которого европейцы называли Альхазен, выводит знания о цветном зрении на новый уровень.

Он интуитивно чувствует энергетическую природу света, который он определяет как силу, энергию испускаемую солнцем; излучение, которое настолько сильно, что производит зрительную информацию исходящую от объектов. Цвет – это явление вторичного излучения от объекта, приведённого в возбуждённое состояние первичным агентом, солнечным светом.

Для Ибн-аль-Хайсама цвет и свет всегда идут вместе, они слиты, смешаны, неразделимы. Цвет не проявляется без света, а свет всегда обладает цветом.

Ибн-аль-Хайсам идёт ещё дальше и, возможно первым, экспериментирует с хроматической дисперсией света, проходящего сквозь сферы, наполненные водой. Таким образом, он видит, что лучи света проходящие через сферы разделяются под измеряемыми углами и каждый луч производит опредённый цвет, который можно безошибочно определить.

И так, через семь столетий, в рамках неоплатонической школы рождается представление о дисперсии света, которое предвосхитило эксперименты Снеллиуса и Декарта с рефракцией (1637), волновую теорию Гюйгенса (1678), цветовой круг Ньютона (1704) – знания полученные за следующие семьсот лет после экспериментов Ибн-аль-Хайсама.

Ньютон, увлечённый новым течением экспериментальной науки, изучает разделение света на цвета радуги с помощью прозрачной призмы. Он сосредоточился на физике цвета:

«Все цвета во Вселенной, которые производятся светом и не зависят от Силы Воображения, являются либо цветами однородных лучей света, либо их сочетанием.»

Он разрабатывает принцип синтеза промежуточных цветов спектра (радуги): добавляя зелёный свет к красному мы получаем жёлтый. Так же возможно смешать два основных полярных цвета радуги, фиолетовый и красный, получив пурпурные цвета, которые не совпадают  ни с одним из цветов спектра, а похожи на промежуточный цвет между фиолетовым и красным, например маджента. Появляется цветовой круг, который поначалу представлял красный и пурпурный как смежные цвета.

Через столетие английский доктор Томас Янг делает ещё один шаг в понимании связи между светом и зрением. В возрасте 28 лет, в 1801 г., он, интуитивно почувствовав феномены, происходящие в сетчатке, предстваляет на суд Королевского Общества свои теории о физиологии зрительного аппарата и о трёхкомпонентном принципе КЗС(RGB), согласно которому в глазу формируются цвета.

После этого, благодаря позитивизму и вызванных им технологической и промышленной революциям, появляется большое количество исследований физики света, колориметрии и физиологии цвета:  Герман Грассман (1809-1877) постулирует аксиомы трёхкомпонентной теории цвета, Гельмгольц (1821-1894) проверяет их в экспериментах, Максвелл (1831-1879) строит количественную математическую модель, которая описывает электромагнитную природу света и принципы трёхкомпонентной теории, Энштейн в 1905 г. вводит понятие кванта энергии и фотоэлектрического эффекта, за что получает Нобелевскую премию, заново открывая споры столетней давности о природе света и ограничивает область применения уравнений Максвелла.

В этот же период Геринг (1834-1918)  разрабатывает оппонентную теорию зрения, которая в то время казалось соперницей трёхкомпонентной теории. Эта теория предполагает, что в глазу существует три биполярных механизма, которые генерируют сигналы парами противоположных цветов: красный-зелёный, синий-жёлтый, белый-чёрный.

Две основные теории цветного зрения, появившиеся в девятнадцатом веке, предлагали взаимоисключающие идеи о природе биологических механизмов. Исследования в области физиологии установили, что эти идеи дополняют друг друга. Трёхкомпонентная теория лучше всего описывает первый этап физиологического ощущения, когда электромагнитный световой сигнал разделяется на три основных тона. Для понимания второй фазы процесса цветного зрения абсолютно необходимо воспользоваться оппонентным приципом. Это этап интерпретации и восприятия, на котором сигналы от фоторецепторов переводятся и кодируются благодаря одновременным и взаимоисключающим оппонентным процессам.

Наконец, в 1931 г. на основе работ Райта и Гилта, МКО, Международная комиссия по освещению создаёт первое цветовое пространство, которое позволяет однозначно закодировать в трёхкомпонентной системе координат (XYZ) электромагнитную энергию и физиологическое ощущение.

Несколько экспериментальных наблюдений Джеймса и Гурвича (1955-1957) сильно продвинули вперёд теорию цветного зрения, объединив трёхкомпонентную колориметрическую модель и оппонентную теорию Геринга, создав широкую общую платформу для изучения науки о зрении.

В 1976 г. МКО преобразовала трёхкомпонентную систему координат КЗС в систему из трёх координат Lab: L обозначает чёрнобелую ахроматическую ось; хроматический план представлен противопоставлением красного (+a) и зелёного (-a) и жёлтого (+b) с синим (-b). Эта кодировка и сегодня используется в колориметрии для измерения цвета с помощью инструментов.

Как кодировка XYZ, так и кодировка Lab описывают один и тот же феномен, первая следует логике ввода, а вторая измеряет вывод, что лучше подходит для коллимации противоположных сигналов.

Переход от трёхкомпонентной системы XYZ к трёхкомпонентной Lab происходит и в нашем зрительном аппарате, а именно в таламусе.

Трёхцветный сигнал генерируется в колбочках глазной сетчатки, которые делятся на S-тип (лучи высокой энергии, синий), M-тип (лучи средней энергии, зелёный) и L-тип (лучи низкой энергии, красный). Попадание света приводит к гиперполяризации колбочки, у которой меняется электрический потенциал с -40 мВ до -75 мВ и к испусканию электрического (амплитудная модуляция) и биохимического сигналов.

Затем, сигнал от рецептора обрабатывается внутренними клетками сетчатки (передающими нейронами, которые называются биполярными, горизонтальными и амакриновыми клетками), изменяя их состояние (частотная модуляция).  Сигнал покидает сетчатку через ганглионарные клетки, идёт по зрительному нерву и достигает области таламуса, которая называется латеральное коленчатое тело (ЛКТ). ЛКТ – это узловая станция, куда приходит зрительная информация от глаз и откуда она отправляется в первичную зрительную кору (стриарную кору).

Ганглионарные клетки ЛКТ бывают двух типов: М (магнацеллюлярные – крупные) и Р (парвоцеллюлярные – мелкие). Тут сигналы делятся на два канала. Ахроматический канал, отвечающий за яркость света и движение, исходит от М-клеток. Хроматический канал исходит от клеток Р. Оба канала работают по оппонентному принципу.

Позитивное значение складывается с негативным значением и вместе они создают шкалу яркости в оттенках серого. В хроматическом же канале измеренное значение -L красной шкалы совмещается по оппонентному принципу с «рассчитанным» значением +M зелёной шкалы. Рассчитанное значение +L красной шкалы совмещается с измеренным -M значением зелёной шкалы. Таким образом, изначальные значения S, L и М перекодируются в соответствии с системой координат Lab.

Из таламуса код поступает в первичную зрительную кору (стриарную кору). С этого момента наше понимание возникновения зрительного ощущения довольно туманно и будущее готовит нам новые открытия.

Физическая природа кода под вопросом. Дело уже не только в электромагнитных волнах, необходимы новые физические принципы для описания значение цвета для сознания, для нашей способности воспринимать и понимать окружающий мир при помощи ощущений.

Недавние исследования итальянского физика и американского предпринимателя Федерико Фаджина относятся как раз к этой области. Сегодня, будучи уже в преклонном возрасте, он принял брошенный Платоном вызов.

На данный момент технология фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) позволяет нейрофизиологам составить карту состояния сознания мозга. Однако, несмотря на то, что состояние сознания настолько знакомо каждому из нас, оно всё ещё остаётся тайной для науки.

«Пока не существует известного физического принципа, который бы мог преобразовать электрическую активность мозга или компьютера в ощущения или чувства.»

Фаджин предлагает новую физическую модель, согласно которой состояние сознания – это базовое свойство природы.

Он вводит концепцию «единиц сознания», фундаментальных «компонентов» всего сущего: пространства, времени и квантовых полей фундаментальных частиц.

«Объективное» и «субъективное» должны быть двумя взаимосвязанными и неразделимыми аспектами неделимого целого. Другими словами, природа реальности обладает по существу двумя аспектами, внешним и внутренним, которые неделимы на составляющие, возникают и эволюционируют вместе. В этой модели внутренний аспект – это семантическая реальность каждого индивида, а внешний аспект – это информационная реальность символов, которая и порождает все физические миры. Таким образом, эволюция физической вселенной должна некоторым образом отображать семантическую эволюцию индивидов, и наоборот. Одно отражает и поддерживает другое.» — Федерико Фаджин, май 2019 г.

HOME > MATTER > RESEARCH > COLOUR > COLOUR VISION > COLOUR PSICHOLOGY