Цветоощущение

Окружающий нас мир трудно перечислить в разнообразии цветовых оттенков, а между тем цвет — это также отражение в наших ощущениях такой физической характеристики, как спектральный состав излучения. Природа цвета впервые была объяснена английским физиком И. Ньютоном. Именно ему впервые удалось, поместив призму перед отверстием в затемненной комнате, разложить «белый» свет на его составные семь частей. Почему семь? Совершенно случайно. Под влиянием некоторых бытовых традиций он выбрал это число, хотя с таким же основанием можно было бы выделить 10, 15 и т.д. Итак, цветоощущение есть субъективный образ спектра излучения, т. е. характеристики его частотных составляющих. Но как возникает цветоощущение? Этот вопрос волновал многие поколения исследователей, и история его особенно богата широко известными именами. Наш великий соотечественник М. В. Ломоносов, немецкий поэт И. В. Гёте, английский физиолог Т. Юнг, немецкие физиологи И. Мюллер, Г. Гельмгольц, Э. Геринг... И это очень неполный перечень. Однако, несмотря на гениальные догадки, лишь сравнительно недавно нам стал понятен механизм цветоощущения.

Рецепторами, обеспечивающими цветовосприятие, являются колбочки. В сетчатке глаза человека выделено три типа колбочек, каждый из которых содержит специфический пигмент, отличающийся характерной чувствительностью. Это эритролаб, имеющий максимум чувствительности в длинноволновой части спектра (красночувствительный); хлоролаб — в средней (зеленочувствительный) и цианолаб—.в коротковолновой (синечувствительный).

Таким образом, глаз человека имеет три цветоприемника (как, кстати, в цветном телевизоре), но каждый из них, являясь наиболее чувствительным к определенной длине волны, все-таки воспринимает излучение и других участков спектра. Вследствие этого при попадании на сетчатку лучей того или иного спектрального состава возникает строго определенное по интенсивности возбуждение каждого из цветоприемников, которое достигает зрительных центров и находит соответствующее субъективное выражение. Вот поэтому при наличии только трех цветоприемников возможно несравнимо большее количество субъективных характеристик (человек различает около 150 цветовых тонов).

А если у разных людей будут колбочки с неодинаковой спектральной чувствительностью? Или будет отсутствовать какой-либо вид цветовоспринимающих рецепторов? Поймут ли такие люди друг друга при обозначении и опознании цветов? Опыт показывает, что далеко не всегда. Обнаружены особенности цветовосприятия у различных рас. Широко известны отклонения в цветовом зрении у некоторых людей. Их часто называют дальтониками, что не совсем верно. Термин «дальтонизм» связан с именем известного английского физика и химика Д. Дальтона (1766—1844), страдавшего слепотой на красный и зеленый цвет. Правильнее говорить о выпадении или ослаблении одного или нескольких цветоприемников. Когда они сохранены полностью, то это обозначается как трихромазия, т. е. трехцветное зрение; когда какой-либо выпадает и остается только два — дихромазия (двухцветное зрение); соответственно при монохромазии (одноцветное зрение) функционирует только один цветоприемник; в случае полной ахромазии (бесцветное зрение) колбочковый аппарат полностью не функционирует. Естественно, в каждой группе имеется подразделение в зависимости от степени ослабления того или иного цветоприемника.

Если палочки имеются практически на всех участках сетчатки (за исключением центральной ямки), хотя распределены они неравномерно, то цветовоспринимающие рецепторы — колбочки — занимают более ограниченное пространство. Поэтому наше периферическое зрение бесцветно.

Как отмечали мы раньше, колбочки характеризуются низкой чувствительностью, поэтому в условиях сниженной освещенности, в сумерках, ночью, наше зрение становится бесцветным. Отсюда поговорка: «В темноте все кошки серы».

Острота зрения. Понятно, что только света и цветоощущения недостаточно для восприятия того или другого образа. Ведь любой предмет состоит из определенного количества элементов, деталей, которые отличаются по форме. Итак, для распознавания этого предмета необходимо, чтобы орган зрения обеспечивал восприятие каждой из этих деталей. Эту способность глаза обозначили как остроту зрения, которая означает тот наименьший угол, под которым две близко расположенные точки видятся как отдельные

Количественно остроту зрения выражают величиной, обратной этому минимальному углу в минутах. Так, если у человека две точки не сливаются под углом, который составляет 1', то говорят, что у него острота зрения 1,0; когда же этот угол равняется 10' или0,5', то острота зрения равняется соответственно 0,1 или 2,0.

Почему же у людей бывают разные значения этого показателя? Можно указать на два главных фактора, которые определяют величину остроты зрения. Во-первых, это состояние светопреломляющих сред глаза. Естественно, что когда они окажутся неспособными сфокусировать изображение на сетчатке или будут изменены размеры глазного яблока, то это послужит причиной «размытости» деталей и ухудшение их распознавания. И во-вторых, это состояние сетчатки, точнее диаметр ее рецептивных полей. Чтобы две точки в нашем ощущении не сливались в одну, надо, чтобы изображение от них падали на разные рецептивные поля и даже были разделены еще одним не возбужденным полем. В этом случае сигналы о возбуждении пойдут разными каналами и будут восприняты разными нейронами соответствующих центров, что и является непременным условием различения.

Вот поэтому, когда по тем или иным причинам изменяется величина рецептивных полей, изменяется и острота зрения. Наименьшие за размерами рецептивные поля содержатся в участке центральной ямки сетчатки, которая и является местом, которое обеспечивает высочайшую различительную способность. К периферии размеры рецептивных полей резко возрастают, а острота зрения соответственно уменьшается. Этим обстоятельством и объясняется необходимость фиксирования изображения в участке центральной ямки, лишь в этом случае можно различать мелкие детали предмета. В сумерках в сетчатке глазу происходят изменения, которые предопределяют рост площади рецептивных полей, что и служит причиной снижения остроты зрения.

Восприятие глубины пространства. Мы хорошо знаем, что предметы вокруг нас трехмерные, поэтому, естественно, возникает вопрос: как при условиях построения практически плоского оптического изображения на сетчатке у человека возникает ощущение глубины пространства?

Механизмы, которые обеспечивают это свойство наших ощущений, очень сложные и неоднозначные во время работы на разных расстояниях. На малых дистанциях (1-35 м и особенно ближе 1 м) основным есть взаимодействие между правым и левым глазом, или, как это называют, бинокулярное зрение. В отличие от многих других парных органов человеческого организма, в том числе и парных органов чувств, левый и правый глаз не просто дополняют друг друга, расширяя тем самым поле зрения, а во взаимодействии дают новую качественную способность оценки глубины пространства.

Если сравнить поля зрения правого и левого глаза, то обращает на себя внимание то, что они на значительной площади перекрывают друг друга. А когда это так, то от одной точки пространства будут возникать изображения в правом и левом глазу. Но почему же при этом у нас возникает ощущение одной точки, а не двух? Давайте проделаем такой опыт: смотря на какой-либо предмет, который находится на расстоянии 2-4 м, пальцем руки немного сдвинем глазное яблоко, при этом возникнет двоение изображения. Уже из одного такого факта можно сделать вывод, что в сетчатках правого и левого глаз есть участки, раздражение которых служит причиной возникновения возбуждения в одних и тех же нейронах зрительных центров. Такие точки сетчатки были названы идентичными (или корреспондирующими) в отличие от диспаратных точек, раздражение которых дает ощущение двоения.

Для того, чтобы изображение от одних и тех самых точек объекта попадало на идентичные (корреспондирующие) участки сетчатки, человек, смотря на того или иной предмет, подсознательно сводит или разводит глаза (их условные зрительные оси). Этот процесс называют соответственно конвергенцией и дивергенцией. В процессе такого акта работает глазодвигательная мускулатура, по степени напряжения которой, а также по незначительным и неощутимым двоениям, которые возникают при этом, у человека и формируется восприятие глубины пространства.

Во время рассматривания предметов на близких расстояниях в оценке отдаленности предмета или его деталей определенное значение имеет и механизм аккомодации. Суть этого механизма заключается в том, что в «наведении глаза на резкость»» принимают участие, как было показано выше, также определенные мышцы, благодаря оценке степени напряжения которых, у человека возникает представление об отдаленности предмета.

Вместе с тем, каждый на основании своего индивидуального опыта знает, что при рассматривании изображений на плоскости (фотографии, рисунки, кинофильмы), т.е. когда по сути нет глубины пространства, мы довольно хорошо воспринимаем степень отдаленности предметов. В этом случае, так же, как и при наблюдении за довольно отдаленными предметами, основное значение в оценке глубины пространства принадлежит другим механизмам, которые могут осуществляться и при монокулярном зрении.

Здесь главную роль играют: величина изображения знакомого предмета на сетчатке, заполненность просторанства, соотношение между предполагаемыми размерами равноотстоящих предметов и т.п.. Таким образом, все эти признаки формируются на основе индивидуального опыта каждого человека. И когда такого опыта нет, то оценивать отдаленность предмета тяжело. Вот почему Солнце и Луна воображаются нам одинаково отдаленными, так же, как и все звезды. Поэтому, рассматривая незнакомые предметы в так называемом «пустому» пространстве оценить расстояния к ним невозможно.

Инерция зрения. От момента попадания светового луча на сетчатку до возникновения у человека ощущения света минует определенный промежуток времени. Оказывается, что такой интервал довольно большой. Еще в начале нашего столетия психофизиологическими экспериментами было показано, что при световых раздражителях средней интенсивности (которые в 400 раз превышают пороговые) у человека, ощущение света возникает лишь через 0,1с после его фактического действия, увеличиваясь до 0,25с при уменьшении интенсивности раздражителя и немного уменьшаясь, когда яркость возрастает.

Аналогично этому ощущение не прекращается с прекращением действия раздражителя, а сохраняется на протяжении иногда продолжительного промежутка времени, который составляет иногда несколько секунд и даже десятки секунд. Это явление получило название «последовательные образы», оно хорошо знакомо практически каждому человеку. Если в поле вашего зрения попадается яркая лампочка, молния, ярко освещенный предмет и др., то, отведя взгляд, вы еще некоторое время будете видеть их, хотя цвет и фон иногда могут измениться. Этот феномен привлек внимание исследователей, его изучению было посвящено большое количество работ, тем не менее было и немало разочарований, так как это явление очень тяжело оценивать объективно.

Учитывая такую инерционность в возникновении и исчезновении наших ощущений; представим как отражается в ощущении прерывистый свет. Когда световые импульсы повторяются сравнительно редко, ощущение успевает исчезнуть к моменту дежурного фотостимула. Но очевидно, что при росте частоты мигания, т.е. уменьшении межимпульсного интервала, наступает такое состояние, когда любая очередная вспышка света подается еще на фоне ощущения, которое возникло от предыдущей вспышки. В этом случае мы видим свет беспрерывным, хотя объективно он и мигает. Вот поэтому при частотах до 20-30 Гц мы различаем мигание, а при больших уже нет. И минимальная частота, при которой наступает эффект «слияния» миганий, получила название критической частоты миганий (КЧМ). Разные участки сетчатки имеют разную инерционность и величину КЧМ. Так, наше центральное зрение более инерционно сравнительно с периферическим. В этом легко убедиться, смотря на экран телевизора. Если ваш взгляд направлен непосредственно на экран, то вы четко видите изображение, которое воображается вам постоянным. Но стоит отвести взгляд в сторону на 25-45°, как станет заметно развертку, экран начнет мигать, деталей изображения при этом вы уже рассмотреть не сможете.

На инерционности зрения основано кино. Как хорошо известно, во время демонстрации фильма на экране с определенной частотой изменяются изображение, но ощущение у человека при этом беспрерывное. А когда изменяется расположение деталей в кадре (на определенные угловые размеры), то это предопределяет ощущение движения этих деталей.