Ричард Фейнман - 3a. Излучение. Волны. Кванты
* Разумеется, за исключением того случая, когда один из трех цветов получается смешением двух других.
Глава 36
МЕХАНИЗМ ЗРЕНИЯ
§ 1. Ощущение цвета
§ 2. Физиология зрения
§ 3. Палочки
§ 4. Сложные глаза насекомых
§ 5. Другие типы глаз
§ 6. Нервные механизмы зрения
§ 1. Ощущение цвета
Обсуждая механизм зрения, прежде всего необходимо понять, что мы обычно видим не беспорядочный набор цветных или световых пятен (разумеется, если не находимся на выставке некоторых современных художников!). Когда мы смотрим на что-то, то видим человека или вещь; другими словами, мозг интерпретирует то, что мы видим, как человека или вещь. Как он это делает — никому неведомо, но делает он это, надо сказать, великолепно. Хотя мы на опыте учимся узнавать, как выглядит человек, однако есть некоторые более элементарные свойства зрения, которые тем не менее тоже включают сопоставление информации от различных частей того, что мы видим. Чтобы понять, как происходит интерпретация изображения в целом, следует изучить первые стадии сопоставления информации от различных клеток сетчатки. В настоящей главе мы сконцентрируем наше внимание главным образом именно на этих сторонах зрения, хотя попутно упомянем и о некоторых других смежных вопросах.
Примером такого сопоставления информации (хотя и на элементарном уровне), поступающей одновременно от нескольких частей глаза и происходящей помимо нашей воли, контроля и сознания, может служить голубая тень от белого света, когда одновременно экран освещается еще и красным светом. При этом по меньшей мере предполагается, что нам известно, что основа экрана красная, и хотя в глаз попадают только «белые» лучи, однако где-то эти кусочки информации складываются вместе и мы видим голубую тень.
Фиг. 36.1. При вращении этого диска одно из колец кажется цветным; при изменении направления вращения окрашенным кажется второе кольцо.
Чем полнее и привычнее картина, тем большую поправку делает глаз. Действительно, Ланд показал следующее: если мы возьмем два диапозитива, поместим перед ними два фильтра, поглощающие красный и белый свет в различных отношениях, мы будем смешивать разные интенсивности кажущегося голубого и красного света и сможем получить довольно правдивое изображение реальной сцены с натуральными предметами. Кроме красного и белого, мы в этом случае получим множество промежуточных цветов. Аналогичные результаты можно получить, смешивая красный и зелено-голубой цвета; оказывается, что мы получаем почти полный набор цветов. Впрочем, если внимательно приглядеться к ним, то мы увидим, что они не столь уж хороши. Но даже и при этих условиях просто удивительно, как много можно получить только из красного и белого цвета. Чем больше изображение напоминает реальную картину, тем больше мы способны компенсировать то обстоятельство что цвет-то фактически только розовый!
Другим примером может служить появление «цвета» на черно-белом вращающемся диске, изображенном на фиг. 36.1. При вращении диска смена черного и белого цвета для каждого радиуса в точности одинакова; это составляет фон, на котором видны два «кольца». Первое кольцо кажется окрашенным в один цвет, а второе — в другой. До сих пор никто не понимает причины появления здесь окраски, однако ясно, что наиболее правдоподобное объяснение состоит в том, что на каком-то элементарном уровне, по-видимому, в самом глазе происходит сложение информации.
Почти все современные теории цветового зрения сходятся на том, что опыты по смешиванию цветов указывают на существование в глазе только трех сортов пигментов и что ощущение цвета создают именно спектры поглощения этих трех пигментов. Однако полная чувствительность, связанная с характеристиками поглощения этих пигментов, функционирующих одновременно, не обязательно равна сумме их чувствительностей.
Каждый знает, что желтый цвет не кажется нам красновато-зеленым, и многих, вероятно, несказанно удивит тот факт, что каждый видимый ими цвет есть по сути дела смесь разных цветов, ибо им кажется, что чувство цвета вызывается каким-то другим механизмом, а не просто смешиванием, наподобие сочетания звуков в аккорды в музыке, когда одновременно звучат, скажем, три ноты. Ведь в аккорде, если внимательно прислушаться, можно различить отдельные ноты, а в желтом цвете, сколько бы мы ни приглядывались, увидеть красный и зеленый цвет отдельно невозможно.
Уже первые теории зрения утверждали, что имеются три сорта пигментов и соответственно три сорта колбочек, каждая из которых содержит один пигмент; что от каждой колбочки в мозг идут нервы, так что в мозг переносятся три сорта информации и там что-то происходит. Конечно, это очень несовершенная теория, ибо она не позволяет обнаружить, что за информация переносится по зрительным нервам в мозг; она даже не приступала к решению этой проблемы. Мы должны задать более фундаментальный вопрос: не все ли равно, где происходит сложение информации? Насколько необходимо, чтобы эта информация передавалась по зрительным нервам прямо в мозг, и не может ли какой-то первоначальный анализ выполняться самой сетчаткой? Мы знаем, что сетчатка невероятно сложна и обладает множеством внутренних связей (см. фиг. 35.2); какой-то анализ она способна выполнить.
Дело в том, что ученые, занимающиеся анатомией и развитием глаза, показали, что сетчатка, в сущности, не что иное, как часть самого мозга; при развитии зародыша часть мозга выносится вперед, из нее назад вырастают длинные волокна, которые связывают ее с остальным мозгом. По своей организации сетчатка весьма похожа на мозг. По этому поводу кто-то прекрасно сказал, что это «мозг выдумал, как ему взглянуть на мир». Глаза — это кусочек мозга, которым он, так сказать, «касается света», внешнего мира. Таким образом, нет ничего необычного в том, что какой-то анализ цвета происходит уже в самой сетчатке.
Это предоставляет нам весьма интересную возможность. Ведь никакой другой орган чувств не делает столько, если так можно выразиться, предварительных вычислений, как глаз, прежде чем сигнал попадет в нерв, где его можно измерить. Вычисления для всех остальных органов чувств обычно производит сам мозг, а из-за огромного количества внутренних связей в мозге добраться до этого специфического места и произвести какие-то измерения очень трудно. В глазе вычисления производятся в трех слоях клеток, затем результат вычисления передается по зрительному нерву в мозг. Так что здесь мы, по-видимому, впервые получаем возможность физиологически наблюдать, как работает первый слой мозга, быть может, на начальной стадии. Это вдвойне интересно не только для понимания зрения, но и для всех проблем физиологии.
Фиг. 36.2. Нервные связи, согласно теории цветового зрения. b — голубой; y—желтый; g — зеленый; r —красный; w — белый; bk — черный.
Тот факт, что существуют три сорта пигментов, вовсе не означает, что должно быть также три сорта ощущений. Существует теория цветового зрения, основанная на совершенно противоположной цветовой схеме (фиг. 36.2). Согласно этой схеме, какое-то из нервных волокон несет много импульсов, если мы видим желтый цвет, и меньше, чем обычно, если мы видим голубой. Другое нервное волокно точно таким же образом переносит информацию о зеленом и красном цвете, а третье — о белом и черном. Другими словами, в этой теории уже начинают делаться догадки о системе связи и методе анализа.
Вопросы, которые мы пытаемся решить с помощью догадок об этом первоначальном анализе, следующие: проблема кажущихся цветов на розовом фоне; что происходит, когда глаз привыкает к различным цветам; и вопрос о так называемых психологических явлениях. Под этим термином мы понимаем, например, что белый цвет не «ощущается» нами как смесь красного, желтого и синего, и такая теория возникла потому, что, как утверждают психологи, существуют четыре кажущихся чистых цвета: «Существуют четыре мощных возбудителя, вызывающие соответственно простые голубой, желтый, зеленый и красный оттенки. В отличие от таких красок, как сиена, пурпур, фуксин или другие различимые цвета, эти простые оттенки являются несмешанными в том смысле, что ни один из них не принимает участия в образовании других, в частности голубой цвет нельзя назвать желтоватым, красноватым, зеленоватым и т. д.; психологически они представляют первичные оттенки».
В этом состоит так называемый психологический факт. Чтобы выяснить, откуда взялся этот факт, нужно очень старательно просмотреть всю литературу. Все, что мы находим в современной литературе по этому вопросу, повторяет те же утверждения или утверждения одного из немецких психологов, авторитетом которого является Леонардо да Винчи, хорошо всем известный великий художник. Этот психолог говорит: «Леонардо считал, что существует пять цветов». Дальнейшие поиски приводят к еще более древним книгам. В этих книгах говорится примерно следующее: «Фиолетовый цвет — это красновато-голубой, оранжевый — это красновато-желтый, но можно ли красный рассматривать как фиолетово-оранжевый? Не будут ли красный и желтый более основными цветами, чем фиолетовый и оранжевый? На вопрос, какие цвета они считают основными, большинство людей назовут красный, желтый и синий, а некоторые добавят к этим трем еще и четвертый — зеленый. Психологи привыкли принимать эти четыре цвета за основные».
