Szerkesztő:Ingaham/Színlátás
A színlátás segítségével az élőlények (vagy a gépek) képesek megkülönböztetni a tárgyakat, a tárgy felületéről visszaverődő fény hullámhossza (színe) alapján. Az idegrendszer a retinán található különböző típusú csapok fényre adott válaszainak együttes eredményeként különíti el a színeket, így okozva a színérzetet az élőlények számára. A csapok a látható fénytartomány bizonyos szeleteire érzékenyek, viszont csak a beérkező fény mennyiségéről adnak információt az idegrendszernek, a beérkező fény hullámhosszáról nem. Az emberek számára a látható színtartományt hozzávetőlegesen a 380 - 740 nm hullámhosszú elektromágneses sugárzás jelenti. Ezt a színtartományt az emberi szem három különböző típusú csappal fedi le, más fajoknál mind a látható színtartomány, mind a csapok száma eltérő.
Példának okáért, egy piros szoknya nem piros színt sugároz ki. Inkább azt mondhatnánk, hogy elnyeli az (ember számára) látható fénytartomány minden frekvenciáját, kivéve a piros érzetet keltő frekvenciákat. Egy tárgy színe fajspecifikus szubjektív élmény, nem pedig a tárgy fizikai tulajdonsága. (Helyesen nem is ‘piros szoknyának’ kellene nevezni, hanem egy olyan szoknyának, ami nappali fény mellett az emberek számára a pirosnak nevezett élményt okozza).
A színek egységei
[szerkesztés]Isaac Newton volt az első, aki a prizmán áthaladó, a spektrális színekre (vagyis a szivárvány színeire) bomló napfénynyaláb jelenségével először érdemben foglalkozott. [1] Ő tett először különbséget az összetett és a tiszta fény között. Megmutatta, hogy ha a spektrum színei közül kiválasztunk egyet (például a sárgát), és rávetítjük egy megfelelő színtartományra (sárga esetén ez nagyjából a 450-480 nm-es tartomány (kék)), akkor fehéret látunk. Bármely két spektrális összetevőt, melyekről elmondható, hogy ha összeadjuk őket, fehéret kapunk, komplementernek (kiegészítő) nevezzük. Egy átlagos emberi szem több száz színárnyalatot képes megkülönböztetni, melyek a spektrális színek különböző arányú összegéből képződnek. Newton hét spektrális alapszínt feltételezett (a tudomány mai álláspontja szerint helytelenül) abból kiindulva, hogy a látás és a hallás szoros kapcsolatban áll (a zenei skála is oktávonként hét hangból áll). [2]
A színek elrendeződésének modelljéül Newton a színkört alkalmazta. A hét ék alakú körcikk mindegyike egy-egy spektrális színt ábrázol, ezekre Newton többféle szabályt is kidolgozott. [3] A színkeverés a színkör segítségével a következőképpen írható le: A körön két tetszőleges színt kiválasztva az összegük alkotta szín az őket összekötő vonal súlypontján található, ahol a súlypont a színek színkeverés során alkalmazott arányából számítható. Newton hét körcikke azt a vélekedését tükrözi, miszerint hét különálló tiszta színnek kell léteznie. Ma már tudjuk, hogy ez nem így van, ezért a Newton féle színkört Johannes Itten módosította úgy, hogy a komplemeter színpárok egymással szemben legyenek, és a kör közepére pedig a fehér szín kerüljön. Ezen a színkörön már látható, hogy a színek nem neveik, hanem hullámhosszuk szerint rendezettek, de nem egyformán oszlanak el a színkörön (mivel vannak olyan hullámhosszak, amelyeknek nincsenek komplementer kiegészítőik).
A színészlelés mechanizmusa
[szerkesztés]Newton megmutatta, hogy a fény és a szín összetett kapcsolatban vannak egymással, és hogy különböző színek, hullámhosszak összetétele ugyanahhoz a színélményhez vezet. Ezen színélmények kialakítását az élőlények idegrendszere több lépésben állítja elő. Első lépésben a csap típusú vizuális receptorok fényérzékeny pigmentjei végzik a feldolgozást, majd ezek |információit a retinális ganglionok továbbítják az oldalsó genikulátus maghoz (sulcus geniculatum laterale), a végső színélményt pedig még magasabb szintű vizuális központok adják. Az egyes fázisokban megfigyelhető észlelési állapotokra egy-egy, egymást kiegészítő elmélet létezik. A trichromatikus elmélet a retinális feldolgozást modellezi, az opponens elmélet pedig a sulcus geniculatum laterale neuronjainak működését írja le. Az emberi látás során a fény hullámhosszát először három, spektrálisan széles és egymást nagymértékben átfedő csapfotopigment elemzi. Ezek eredményei azután a kromatikus és az akromatikus csatornákat táplálja.
A fotopigmentek különbséget tesznek egyes hullámhosszak között úgy, hogy bizonyos hullámhosszú fényeket hatékonyabban nyelnek el, de bármilyen hullámhosszú is az elnyelt fény, ugyanazt az eseményt idézi elő a vizuális receptorban. Vagyis a receptor válaszát csupán az elnyelt fény mennyisége határozza meg, nem szolgál információval az elnyelt fény hullámhosszáról. Ez az univariancia elve. [4](Naka és Rushon,1966) Ez alapján a csupán egy fotopigment-típust tartalmazó szem nem lenne képes színlátásra, hiszen képtelen lenne az egyes hullámhosszak megkülönböztetésére, minden a szürke árnyalatait öltené. Az ilyen szemet monokromátnak nevezzük. Félhomályban minden ember monokromát látású, mert a csap típusú receptorai nem reagálnak a gyenge fényre, csak a pálcikái segítségével építi fel idegrendszere a látott képet, ami ennek következtében szürkeárnyalatos lesz. A két típusú fotopigmenttel rendelkező (bikromát) szem várhatóan jobban disztingvál, mivel a kétpigmentes rendszerben nem egy, hanem kétféleképpen nyilvánul meg az elnyelt energia. Az egyes fotopigmentek válasza ebben az esetben is attól függ, milyen a fényelnyelési karakterisztikája a pigmentnek az adott hullámhosszú fényre. Így bármely hullámhossz egy válaszpárt fog kiváltani, ami jelen esetben is függ a fényerősségtől,ellenben arányaik függetlenek ettől (hiszen mindkét válasz a fényerősség hatására ugyanolyan mértékben változik, ezért hányadosuk nem függ a fényerősség-változástól). Így a bikromát szem néhány hullámhossz információt ki tud vonni a fényből. Ellenben könnyen összezavarható is, hiszen egy adott válaszpár aránya elérhető különféle hullámhosszú fények összetételével. Három csappigment esetén minden hullámhossz egy válaszhármast generál, a különböző csappigmentek fényelnyelési képességének megfelelően. Ideális karakterisztikával rendelkező fotopigmenthármas esetén ezek válasza csak bizonyos hullámhossz összetételű fénnyel érhető el. Egy ilyen fotopigmenthármast tartalmazó szemet trikromátnak nevezünk, ilyen az emberi szem is. Ezt – vagyis, hogy a színészlelés három eltérő pigment válaszával kezdődik az ember esetén is - Young - Helmholtz elméletnek nevezzük, alkotóik után: Hermann Heimholtz német pszichológus és Thomas Young angol orvos egyszerre alkották meg a fenti teóriát.
Az emberi szemben három eltérő csaptípus létezik[5], melyek fényelnyelési tulajdonságát mikro-spektrofotometriával térképezték fel (egy csapot adott hullámhosszú fénysugárral ingerelve meghatározhatjuk, hogy mennyi fény abszorbeálódik a sugárzottból). Minden pigmenttípus egy bizonyos hullámhosszú fényre a legérzékenyebb, az ember három csapja esetén ez megközelítőleg 420, 530 és 560 nm-nél van. Az érzékenységi maximumok szerint három csaptípust különítünk el: a rövidhullám-érzékenyeket (S csapok), a középhullám-érzékenyeket (M csapok) és a hosszúhullám-érzékenyeket (L csapok). Egy adott típusú csap a hullámhosszak széles tartományát nyeli el, de ezek a tartományok - különösen az M és az L csapok esetén - erősen átfedőek. Ezért a gyakran emlegetett elmélet, miszerint adott csaptípus csak egy adott színre érzékeny (S csapok a kékre, M csapok a zöldre, L csapok a vörösre), helytelen.[6] A színlátás pszichofizikai vizsgálatai azt is megmutatták, hogy egy-egy szemünk egymilliónál kevesebb S csapot tartalmaz, míg megközelítőleg 1.3 millió és 700 ezer L és M csapot. Az S csapok kis számban vannak jelen a foveán, majd hirtelen a maximális koncentrációjukat érik el, s a foveától távolodva - az M és L csapokhoz hasonlóan - számuk az extrencitás növekedtével csökken. Az L és M csapok a foveán vannak nagy számban.[7] Ezért szemünk perifériáján a látásunk akromatikussá válik, a tárgyak alakját felismerjük, de színtelennek hatnak.
Kromatikus és az akromatikus rendszer
[szerkesztés]
A három csaptípustól eredő jeleket (válaszhármasokat) egy akromatikus és két kromatikus rendszer dolgozza fel. A képen látható nyilak az egyes csatornatípusok fényelnyelése során keletkező jelet mutatják. Ezeket a jeleket az idegrendszer kétféleképpen kezeli: vagy összeadja őket (‘+’ jel a nyilak között), vagy a különbségüket veszi (‘+’ jel a nyilak között). Az akromatikus csatornában az L és az M csapok összegződnek, vagyis a csatorna aktivitása az L és M csapok összaktivitásától függ, ezzel elvesztve a hullámhossz-információt [8] A kék-sárga csatorna, az első kromatikus rendszer, a képnek megfelelően az S csapok jelzéseit az L és az M csapok aktivitásának összegéhez hasonlítja. A másik kromatikus csatorna, a vörös-zöld csatorna, az M csapok ingerlésének valamint az L és M csapok ingerlésének különbségét jelzi. A három csaptípus válaszainak ilyen átalakítása az eredetinél több és használhatóbb információt juttat a magasabb szintű látási központokhoz.[9] Például, a napból érkező összetett fehér fény esetén a két kromatikus csatorna aktivitása nulla, ellenben az akromatikus csatorna egyértelműen az összesített fényerősséget közvetíti. Buchsbaum és Gottschal (1983)[9] mutatta meg, - különféle információkódolási sémákat összehasonlítva - hogy az emberi agy a csapok válaszainak a lehetséges legjobb felhasználását valósítja meg.
Színkonstancia
[szerkesztés]A külvilág tárgyai által visszavert fény függ a tárgy fényelnyelési tulajdonságaitól és a rávetülő fény spektrális összetételétől. Ha fényforrásnak a nap fényét vesszük, akkor az utóbbi tényező napszakoknak megfelelően állandóan változik, mégis - bár a szemünkbe elérő fény is változik - semmiféle változást nem észlelünk a tárgyak színében: a zöld fű szinte mindig zöldnek látszik, a sárga rózsa is sárgának. Színkonstancia (színállandóság) a neve annak a jelenségnek, amikor egy tárgy színe a ráeső fény spektrumának változása ellenére állandó marad.[10] Ez a konstancia - az alakkonstancia és a világosságkonstanciához hasonlóan - a környezetünk észlelésének állandóságát segíti elő (a tárgyak napszaktól függetlenül történő felismerését). Számos konstanciaelmélet szerint a |vizuális rendszerünk a megvilágítás spektrális tulajdonságából, és a tárgy felületének fényvisszaverő tulajdonságából eredő informácók különbségét használja fel a konstans színérzét kialakításához. A megvilágítás változásai általában a színhely nagy területeit befolyásolják, míg az adott tárgy spektrális fényvisszaverő tulajdonságának megváltozása csak a látótérnek egy kis részére korlátozódik. Így a retinaképben megjelenő alacsony téri frekvenciák az általános megvilágítás spektrális jellemzőiről közvetíthetnek információt, míg a magasabb téri frekvenciák az egyedi tárgyak fényvisszaverő tulajdonságairól adnak információt, így reprezentálja a kétféle tulajdonságot idegrendszerünk. Ez a rendszer abban az esetben téved, ha a megvilágítás egy kis területre koncentrálódik (ami természetes környezetben nagyon ritka jelenség), ekkor a tárgy színe - a megvilágító fényforrás spektrumtartalma alapján - megváltozik.
Lásd még
[szerkesztés]Color_vision Látás Szem Színvakság Fotoreceptor Dikromatikus_színlátás A_színlátás_zavarai Hermann_Ludwig_von_Helmholtz
Források
[szerkesztés]- Robert Sekuler - Randolph Blake: Észlelés. Budapest, Osiris Kiadó, 2004. Ill. ISBN-963 389 311 5
- J. W. Atkinson, E. Hilgard: Pszichológia. Budapest, Osiris Kiadó, 2005. Ill. ISBN-963 389 713 6
Irodalom
[szerkesztés]- ↑ Richard S. Westfall: Never At Rest - A Biography Of Isaac Newton England, Cambridge University Press, 1983
- ↑ Penelope Gouk: The Harmonic Roots of Newtonian Science, England, Oxford University Press, 1988, pp. 101-126.
- ↑ Wasserman, G., S.: Color vision. An historical introduction, USA, New York and Chichester, John Wiley, 1978
- ↑ Ken-Ichi Naka,W.A.H. Rushton :S-potentials from colour unitsin the retina of fishCyprinidae. in: Journal of Physiology, 1966, 185. szám, 536-555. oldal.
- ↑ G.S. Brindley:Physiology of the Retina and Visual Pathway. Baltimore, Wiliems & Wilkins,1971
- ↑ J.D. Mollon: The tricks of colour, in: H.Barlow, C.Blackmore, M.Weston Smith: Images and undersanding. England, Cambridge University Press,1990, 61-78. oldal.
- ↑ R. E. Marc : Chromatic organization of the retina. 1982, in: D.S. McDevitt: Cell biology of the eye. USA, New York Academic Press, 435-471. oldal.
- ↑ J. S. Werner, C. M.Cicerone, R. Kliegl, & D. DellaRosa : Spectral efficiency of blackness induction. in: Journal of the Optical Society of America A,1984,1 kötet, 981-986. oldal
- ↑ a b G. Buchsbaum, A. Gottschalk, Trichromacy: Opponent Colours Coding and Optimum Colour Information Transmission in the Retina, Proceedings of the Royal Society, 1983, 89 -113. oldal.
- ↑ D. Jameson, Leo M. Hurvich: Essay Concerning Color Constancy, Annual Review of Psychology, 1989, 40.szám, 1-24. oldal.