31 октомври 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Забранените цветове, които никой не може да види, и свръхестествените, които всеки може

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 28 септември 2020 в 00:00 52120

Както не можем да докоснем с език лакътя си, така очите ни не могат никога да видят червеникаво-зелен и жълтеникаво-син цвят. В случая не говорим за кафявия и зелен цвят, които се получават чрез смесване на тези двойки цветове, а именно червеникаво-зелен и жълтеникаво-син цвят.

Във физиологията често се среща принципът на противопоставянето - мускулите антагонисти действат противоположно един на друг. Невронните механизми на цветните опоненти работят на подобен принцип.

Теорията на опонентния процес на цветното зрение предполага, че способността ни да възприемаме цвета се контролира от три рецепторни комплекса с противоположни действия. Тези три рецепторни комплекса са червено-зеленият комплекс, синьо-жълтият и черно-белият.

Ние възприемаме оттенък, базиран на до два цвята наведнъж, но можем да открием само един от противоположните цветове в даден момент. Теорията на опонентния процес предполага, че единият член на двойката цветове потиска другия цвят. Например виждаме жълтеникаво-зелени и червеникаво-жълти цветове, но никога не виждаме червеникаво-зелени или жълтеникаво-сини цветови нюанси.

Можете да изпробвате опонентната теория с експеримент, който създава илюзорен негативен образ. Наблюдавайте изображението долу за 20 секунди и след това погледнете бялото пространство, което следва изображението, и премигнете. Обърнете внимание на цвета на изображението, което виждате. Кредит: https://www.healthline.com/health/opponent-process-theory#how-to-test-it

Теорията е предложена за първи път от германския физиолог Евалд Херинг (Ewald Hering) в края на 19-ти век. Херинг се противопоставя на водещата теория на своето време, известна като трихроматична теория на зрението, изложена от Херман фон Хелмхолц. Тази теория постулира, че цветното зрение се основава на три основни цвята: червен, зелен и син. Според Херинг начинът, по който разглеждаме цветовете, се основава на система от противоположни (опонентни) цветове.

Теория на опонентния процес срещу трихроматичната теория

Както беше споменато по-горе, теорията на опонентния процес на Херинг се сблъска с трихроматичната теория, доминираща по негово време. Всъщност Херинг категорично се противопоставя на теорията на фон Хелмхолц. Но кой е прав?

Оказва се, че и двете теории са необходими за пълното описание на тънкостите на човешкото цветно зрение.

Трихроматичната теория изяснява някои от процесите, свързани с начина, по който виждаме цвета - как всеки тип рецептор, наречен "колбички" открива различните дължини на вълните в светлината, но тя не обяснява всички аспекти на цветното зрение. От друга страна, теорията на опонентния процес на цветното зрение помага да се обясни как тези колбички се свързват с нервните клетки, които определят как всъщност възприемаме цвeтa в мозъка си.

С други думи, трихроматичната теория обяснява как цветното зрение се случва на рецепторите, докато теорията на опонентния процес тълкува как цветното зрение възниква на невронно ниво.

Пигментният епител на ретината на човешкото око. С буквата R са означени пръчиците - един от двата вида фоторецептори, периферни израстъци от светлочувствителни клетки. С буквата С са означени другия вид фоторецептори - колбички. Освен колбичките, които откриват светлината, попадаща в окото, биологичната основа на опонентната включва два други типа клетки: биполярни клетки и ганглийни клетки. Информацията от колбичките се предава на биполярните клетки в ретината, които са клетките в опонентния процес, които трансформират информацията от колбичките. След това информацията се предава на ганглийните клетки, от които има два основни класа: магноцелуларни или големи клетъчни слоеве и парвоцелуларни или слоеве с малки клетки. Парвоцелуларните клетки или Р клетките, обработват по-голямата част от информацията за цвета и се разделят на две групи: една, която обработва информацията за разликите между възбуждането на L и M колбичките, и една, която обработва разликите между S колбичките и комбиниран сигнал от двете L и М колбички. Първият подтип клетки отговаря за обработката на червено-зелените разлики, а вторият обработва синьо-жълтите разлики. Р клетките предават също информация за интензивността на светлината (колко има от нея). Кредит: Peter Hartmann, Wikimedia Commons

Според основните положения на науката за зрителното възприятие, механизмът на невъзприемчивост на сливането на опонентните цветове е пряко свързан с процесите, протичащи в трите вида колбички на ретината и зрителната кора, която отговаря за обработката на зрителна информация. 


Усещането на човека за цвят се определя от кривите на чувствителност на трите вида клетки - колбички: съответно типовете къса, средна и дълга вълна. Кредит: Wikimedia Commons

Как работи процесът на опонентните цветове

Процесът на опонентните цветове работи чрез процеса на възбуждащи и потискащи реакции, като се противопоставят двата компонента на всеки механизъм. 

Например червеното създава положителен (или възбуждащ) отговор, докато зеленото създава отрицателен (или потискащ) отговор. Тези отговори се контролират от опонентни неврони - неврони, които имат възбуждащ отговор на някои дължини на вълните и инхибиторен отговор на дължини на вълните в опонентната част на спектъра.

Когато гледаме някакъв обект, първоначалната информация се формира в фоторецепторите на ретината (колбичките), които възприемат светлинните вълни в три различни диапазона. Невроните добавят и изваждат входящите сигнали и след това предават допълнителна информация за четирите основни цвята - червен, зелен, жълт и син. Освен това в нашата цветна зрителна система има само два канала за предаване на данните за цвета: "червено-минус-зелено" и "жълто-минус-синьо" канали.

Повечето цветове са комбинирана информация от двата канала за предаване на данни, която мозъкът ни интерпретира по свой начин, червената светлина неутрализира зелената, а жълтата - синята. Ето защо човек не може да види червеникаво-зелено и жълтеникаво-синьо.

Червеникаво-зеленото и жълтеникаво-синьото са невидими за човешкото око цветове, които наричат също и „забранени цветове“. Техните светлинни честоти автоматично се неутрализират в човешкото око. 

Опонентната теория на цветовете на Евалд Херинг по-късно е доразвита от Дейвид Хубел (David H. Hubel) и Торстен Визел (Torsten Wiesel), за което те получават Нобелова награда за физиология и медицина през 1981 г.

Пример за процес на опонентен цвят

Теорията на опонентния процес обяснява явления като негативните остатъчни образи. Забелязвали ли сте някога, че след като се взирате в изображение продължително, може да видите за кратко изображение в допълващи се цветове, след като погледнете настрани?

Можете да видите този ефект в действие, като изпробвате следната демонстрация.

Съсредоточете се върху кръста в средата на един от кръговете в ляво в продължение на 20 секунди, след това преместете погледа си на кръста в средата на сивия квадрат вляво. Ще видите кръг с противоположния цвят (например, ако първо сте гледали червен кръг, а след това преместите поглед върху сивия фон, ще видите зелен кръг). Сивият цвят е неутрален, затова на неговия фон може да видите цвят, обратен на този, с който са ви свикнали очите.

И така, как теорията на опонентния процес обяснява остатъчните изображения? Взирането в левите изображения за 30 до 60 секунди ще доведе до умора на съответните опонентни клетки.

Когато преместите фокуса си върху кръста, тези клетки вече не могат да се активират, така че само противоположните по цвят клетки продължават да реагират в отговор на визуални стимули. В резултат на това ще видите за кратко изображение, което е с противоположния (опонентния) цвят, подобно на това в най-дясно.

"Свръхестествени" цветове

Друго любопитно следствие от опонентната теория е, че уморяването на един или повече цветни рецептори създава възприятието за „свръхестествено“ силен цвят, получен от останалите цветови рецептори. Такива цветове няма никой обект в реалния свят, но може да ги видим, благодарение на свойствата на нашата зрителна система.

Например, ярка пурпурна светлина еднакво ще умори червените и сините фоторецептори, оставяйки зелените цветни рецептори с по-малка конкуренция, когато техните сигнали преминават по зрителния нерв към зрителната система на мозъка. Резултатът е зелен оттенък, който е някак по-зелен от зеления, т.е. по-зелено от всяко зелено, което може да се възприеме без умора от другите цветни рецептори. Инженерите, проектирали парка Epcot в Disney World, се възползват от този факт, като боядисват тротоара в розово, за да направят тревата да изглежда по-зелена от зеленото.

Можете да създадете остатъчно изображение „по-зелено от зеленото“, като се фокусирате върху кръста в горната половина на изображението за 20 секунди, след което насочите погледа си към кръста в долната половина.

Това „свръхзелено" е част от семейството на химерните цветове. 

Химерните цветове

Химерните цветове не се появяват в цветовото пространство на човешкото зрение, те не са директен отговор на какъвто и да е цвят или цветна светлина. Както подсказва името, те са конструкция на ума (генерират се в зрителната кора на мозъка)

Цветово пространство в техниката се нарича специфичната организация на цветовете. Вляво -  хроматична диаграма на CIE 1931 цветово пространство, вдясно - на ProPhoto RGB. Химерните цветове липсват в цветовото пространство на човешкото зрение. Кредит: Wikimedia Commons

Химерните цветове се създават чрез предизвикване на естествен процес на окото, наречен цветна умора. Ако се взирате дълго в цвят, окото ви временно ще измести цветното пространство към противоположния цвят. Така че, ако се взирате в жълто, после в черно, за кратко време ще усетите, че черното съдържа синьо. Цветът, който виждате, е извън обхвата на видимите цветове.

Химерните цветове включват „хиперболично оранжево“, „самосветещо червено“ и „стиксично синьо“ (отляво надясно). Продължавайте да се взирате (без да премествате очи) в един от трите кръста, докато изображението се промени. Когато изображението се промени, се забелязват химерните цветове. Някои хора виждат тези цветове по-лесно от други, но ако продължите, може да забележите нещо несъществуващо. 

Трябва да привикнем с определен ярък цвят, а след това да преместим поглед на фон с противоположен цвят. Например да свикнем с жълтото (на първия ред в горната схема) и да отместим погледа си на квадрата в средната колона. Тъй като мозъкът ни ще привикне към сивото и жълтото, той ще ги извади от следващото, на което попадне погледа ни. Но синьото е опонент на жълтото и ако извадим от него жълтото, ще получим нещо едновременно наситено синьо и черно. На втория ред на същия принцип се получава е едновременно светещо червено и по-ярко от бялото, на третия - хипероранжево с повече от 100% наситеност на цвета. Кредит: Wikimedia Commons

Самосветещите цветове изглежда, че сякаш светят, въпреки че не се излъчват светлина. Пример за това е "самосветещото червено", което може да се види, като се взираме в зелено и после погледнем в бяло. Когато зелените конуси са уморени, виждаме червено. Като го гледаме на бял фон червеното да изглежда по-ярко от бялото, сякаш свети. Ето още примери за самосветещи цветове:

Както подсказва името, хиперболичните цветове са нормални цветове, но са пренаситени извън това, което е физически възможно за нашите очи да възприемат. Както преди, наблюдавайте един от кръстовете и се опитайте да не мърдате очите си.

Стиксичните цветове са тъмни и пренаситени. Например, "стиксично синьо" може да се види, като се взирате в ярко жълто и след това погледнете в черно. Нормалният остатъчен образ е тъмносин. Когато се гледа на черен фон, полученото синьо е тъмно като черно, но е оцветено. Стиксичните цветове се появяват на черно, защото някои неврони сигнализират само на тъмно. 

Стиксичните цветове са обратното на светещите цветове, тъй като са едновременно черни и тъмнооцветени. Те са кръстени на реката в подземното царство в древногръцката митология Стикс, която е описвана като синя, но и черна.

Картина с такива цветове не можем да нарисуваме или напечатаме, но бе интересно да поекспериментираме със собственото си цветоусещане.

Как да видим невъзможните цветове

При нормални обстоятелства няма оттенък, който да може да се опише като смес от противоположни оттенъци, но в края на миналия век двама учени от Станфорд - Хюит Крейн (Hewitt Crane) и Томас Пиантанида (Thomas Piantanida) - провеждат експеримент, доказващ, че при специални условия на гледане, включващи използването на инструмент за проследяване на очите, е възможно да се преодолеят механизмите за противопоставяне и за момент някои хора да възприемат смес от опонентни цветове.

През 1983 г. те публикуват статия в списание Science, в която описват експеримента си. Изследователите създават изображения, на които червени със зелени и сини с жълти ивици са поставени едни до други. Изображенията са показани на десетки доброволци с помощта на айтрекер - устройство, разработено от учените, което проследява движенията на очите и стабилизира позицията на цветните полета на ретината. Това гарантира, че светлината от всяка цветна лента винаги попада в едни и същи фоторецептори, дори въпреки неволните колебателни движения на очите с висока честота (до няколкостотин в минута), които могат да повлияят на чистотата на експеримента.

„...някои наблюдатели посочиха, че въпреки че са били наясно, че това, което виждат, е цвят (т.е. полето не е ахроматично), те не са могли да назоват или опишат цвета. Един от тези наблюдатели е художник с голям  речник за цветовете. Други наблюдатели на новите нюанси описват първия стимул като червеникаво-зелен".

Някои хора могат да видят червеникаво-зелен и жълтеникаво-син цвят в тези изображения, като оставят очите им да се кръстосат, така че двата символа + да се слеят. Схемата е калибрирана на 58 мм разстояние. Кредит: Wikimedia Commons

Доброволците съобщават, че виждат как постепенно границите между ивиците изчезват и цветовете сякаш се сливат един в друг. Изненадващо, образите на Крейн и Пиантанида потискат механизма на невъзприемчивост срещу синтеза на опонентните цветове.

Възможно е никога да не видим червеникаво-зелено и жълтеникаво-синьо в природата. Независимо от това, следващите варианти на експеримента от 1983 г. потвърждават, че „забранените“ цветове не са толкова забранени и поне в лабораторни условия те могат да се видят.

Аргументът срещу невъзможните цветове

Смесването на жълто и синьо дава просто зелено, а не жълтеникаво синьо, казват някои.

Има изследователи, които смятат, че така наречените невъзможни цветове - жълтеникаво сини и червеникаво зелени - са само междинни цветове. Изследване от 2006 г., проведено от По-Ян Хсие (Po-Jang Hsieh) и неговия екип от колежа в Дартмут, повтаря експеримента на Крейн и Пиантанида от 1983 г., но предоставя подробна цветна карта. Респондентите в този тест идентифицират кафяв (смесен цвят) за червеникавозелено.

Експеримент от 2001 г., проведен от Винсент Билок, Джералд Глисън и Брайън Цоу (Vincent A. Billock, Gerald A. Gleason, and Brian H. Tsou), е подобен на другите експерименти, но двата цвята са контролирани, така че да са с еднаква яркост. В това проучване някои участници възприемат цветове, които не се срещат на цветна карта.

И така, ако химерните цветове са добре документирани въображаеми цветове, възможността за съществуването на невъзможни цветове остава оспорвана.

Справка:

  1. Billock, Vincent A.; Gerald A. Gleason; Brian H. Tsou (2001). “Perception of forbidden colors in retinally stabilized equiluminant images: an indication of softwired cortical color opponency?” Journal of the Optical Society of America A. Optical Society of America. 18 (10): 2398–2403.
  2. Churchland, Paul (2005). “Chimerical Colors: Some Phenomenological Predictions from Cognitive Neuroscience”. Philosophical Psychology. 18 (5): 527–560.
  3. Crane, Hewitt D.; Piantanida, Thomas P. (1983). "On Seeing Reddish Green and Yellowish Blue". Science. 221 (4615): 1078–80.
  4. Hsieh, P.-J.; Tse, P. U. (2006). "Illusory color mixing upon perceptual fading and filling-in does not result in "forbidden colors"". Vision Research. 46 (14): 2251–8.

Източници:

The Opponent Process Theory of Color Vision Understanding. How We See Color, VeryWellMind

Seeing Invisible Colors: Part II, KnowingNeurons

Opponent-process theory of colour vision, psychology.wikia.org

Impossible Colors and How to See Them, Thought.co

How Impossible Colors Work (And How to See Them), Anne Helmenstine, Science Notes

Opponent Process Theory, HealthLine

Impossible_color, Wikipedia

Смотри в оба: какие цвета человек никогда не увидит, popmech.ru

Try imagining a new colour. Now stop and actually see one, TheDevilBehindTheLeaves, imgur


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Биология
(НЕ) живото във Вселената
23 септември 2020 в 00:00
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.