Марк Чангизи - Революция в зрении: Что, как и почему мы видим на самом деле

• Название: Революция в зрении: Что, как и почему мы видим на самом деле
• Автор: Марк Чангизи
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-17-080467-2

Как вышло так, что наши глаза смотрят вперед, и почему у нас нет глаз на затылке? Когда выгоднее быть циклопом? Каким образом зрение нас обманывает? Почему человек видит мир в цвете? Как родилась письменность, почему буквы именно такие, и при чем здесь естественный отбор? Неожиданные ответы на эти вопросы дает известный американский нейробиолог Марк Чангизи. Ученый на новейшем материале и с помощью многочисленных иллюстраций, в том числе цветных, объясняет различные аспекты нашего зрения и разрушает устоявшиеся представления о нем. Книга понравится и случайному читателю, и опытному потребителю научной информации.

---

И все же мы способны видеть в цвете. На это инопланетному наблюдателю сразу указало бы то, что хотя мы сами выглядим неприметно, предметы нашей материальной культуры отнюдь не таковы. Наша одежда раскрашена с выдумкой, так же как и наши лица: модница легко может посвящать нанесению краски на лицо около получаса в день. Расцвечиваем мы не только свои тела, но и свои жилища, и мы способны кипятиться, споря со своей второй половиной о том, в какой оттенок выкрасить стены: “прозрачный желтый” (lucent yellow) или “пырейный” (wheat grass). У нас есть цветовые предпочтения касательно зубных щеток, тостеров, средств для мытья посуды, мусорных ведер, шариковых ручек, компьютеров, даже унитазов. Очень немногие товары производятся только в одном цвете. Знаменитое высказывание Генри Форда “Любой покупатель может приобрести автомобиль любого цвета, при условии, что этот цвет — черный” запомнилось нам именно потому, что с подобным отсутствием выбора нечасто приходится сталкиваться. Форд тут неявно признает человеческую одержимость цветом.

Итак, наша культура выдает наше цветовое зрение с потрохами. Однако культура красок — явление довольно-таки новое: его возраст исчисляется лишь тысячами лет. Конечно, первобытные люди тоже разрисовывали себя и украшали тело татуировками и охотничьими трофеями, но в целом их культурная среда была гораздо менее цветистой, нежели наша. Более того, таким же цветовым зрением, как у нас, обладают многие другие приматы, а этот факт указывает на то, что впервые мы увидели мир в цвете десятки миллионов лет назад задолго до появления каких бы то ни было предметов материальной культуры, которые можно было бы расцветить по своему вкусу. Так что для чего бы ни было нужно цветовое зрение, изначально оно предназначалось вовсе не для различения цветовых оттенков рукотворных объектов. Скорее наоборот: цвета проникли в культуру потому, что в ходе эволюции у нас развилась способность их видеть.

Так почему же у нас возникло цветовое зрение? Недавно полученные данные наводят на мысль, что причина должна быть как-то связана с кожей. Но, учитывая неинтересную расцветку наших тел, такое заявление должно быть сразу же воспринято в штыки: цветовое зрение на то и цветовое, чтобы видеть цветные объекты. Звучит убедительно, и именно поэтому в течение примерно ста лет доминирующей была другая гипотеза (предложенная в XIX веке Грантом Алленом и поддерживаемая Джоном Моллоном, Дэниелем Озорио, Мишей Воробьевым и другими современными учеными), которая гласит: цветовое зрение появилось для добывания пищи, поскольку оно позволяет разглядеть плоды на фоне листвы. Не так давно антропологи Питер У. Лукас и Натаниэль Дж. Домини предположили, что цветовое зрение изначально предназначалось для того, чтобы распознавать молодые, съедобные листья, отличающиеся по цвету. Цветовое зрение нужно, чтобы видеть цветные предметы, а раз кожа не цветная, то и цветовое зрение не могло возникнуть ради нее. Дело закрыто.

Но если цвета нужны нам не для того, чтобы видеть кожу, почему мы так озабочены тем, чтобы расцвечивать наши тела и лица? Чтобы продемонстрировать, до какой степени мы, люди, любим себя украшать, я изучил цвета, встречающиеся у 1813 предметов западноевропейской одежды из книги Огюста Расине “Полноцветный атлас истории западного костюма: 92 разворота с изображением более 950 подлинных одеяний от средних веков до 1800 года”. Наиболее часто встречающимся цветом оказался красный (20% случаев), за ним шли синий, белый и зеленый. Цвета, более или менее попадавшие в спектр оттенков человеческой кожи, встретились в 8% случаев. Результаты этих изысканий представлены на рис. 1 (см. вклейку), и, как вы сами можете видеть, почти все материалы, использовавшиеся для изготовления одежды, имели цвет, весьма далекий от телесного. Миллионы лет убранство нашего тела сводилось к естественным, скучным оттенкам кожи и шерсти, и едва только научившись украшать себя, мы первым делом расцветились от головы до пят! Таким образом, то, почему мы предпочитаем видеть красочную одежду вместо не столь красочной кожи, так и остается загадкой.

Если только... наша кожа не так бесцветна, как я пытался тут это представить. Кожа изменчива. Помимо своих терморегуляторных, эластических и водоотталкивающих качеств кожа обладает поразительными, почти волшебными, цветовыми свойствами, которые не все пока еще понимают и осознают. Кожа умеет становиться цветной. И не просто цветной: она, независимо от расовой принадлежности ее обладателя, способна принимать любой возможный оттенок (как это возможно, я объясню далее). Понимание цветовых особенностей кожи — это ключ к пониманию того, что цветовое зрение исходно предназначалось, чтобы видеть именно кожу (хотя попутно оно могло оказаться полезным и для нахождения плодов или листьев) и, в частности, чтобы “считывать” настроения, эмоции и прочие физиологические состояния.

Зеленые фотоны

Прежде чем погрузиться с головой в рассказ о коже, имеет смысл четко определить, что такое цвет (и чем он не является), поскольку многие из наших интуитивных представлений о цвете ошибочны. Например, мы нередко полагаем, что цветовое зрение состоит в различении длин волн. Это неверно. Длины волн, конечно же, имеют к цвету непосредственное отношение. Хорошо известно, что мы способны видеть световые волны не любой длины, а только примерно в диапазоне от 400 до 700 нанометров (нм). Известно и то, что коротковолновый свет воспринимается нами как фиолетовый и синий, а свет с большими длинами волн — как зеленый, желтый, оранжевый и, наконец, красный. Эта связь между нашими чувствами и физикой становится особенно очевидной, когда мы видим радугу.

Однако на самом деле радуга только вносит путаницу. В нашей сетчатке есть светочувствительные нейроны (колбочки) трех типов. Колбочки каждого типа — S, М и L — восприимчивы к определенному диапазону длин волн и лучше всего возбуждаются световыми лучами, относящимися к соответствующей области спектра. Сами эти обозначения — S, М и L — указывают на чувствительность нейронов к свету с короткими (short), средними (medium) и длинными (long) волнами. Эти колбочки (вместе с палочками, которые позволяют нам видеть при слабом освещении, например ночью) являют собой фундамент нашего зрения: все наше зрительное восприятие строится на основе информации, получаемой от них. И если бы суть цветового зрения заключалась в одном лишь различении длин волн, нам было бы достаточно колбочек всего двух типов вместо трех. Когда одна колбочка чувствительнее к коротким волнам (в широких пределах значений), а вторая — к длинным, то из разницы в их степени возбуждения всегда можно вывести длину волны. Даже дальтоники воспринимают разные длины волн как разные оттенки (правда, для них цвет радуги меняется от синего к желтому через серый. Этот феномен мы подробно рассмотрим позднее).

Но у животных цветовое зрение возникло, чтобы видеть не фотоны, а предметы реального мира, которые обычно отражают свет одновременно всех возможных длин волн. От предмета к предмету варьирует только то, сколько отражается света с той или иной длиной волны. Количество света с каждой длиной волны, которое получает наш глаз от какого-либо предмета, называется спектром отражения данного предмета. Представьте себе, скажем, что в пределах спектра от 400 до 700 нм количество света на каждом отрезке длиной в один нанометр может меняться независимо от остальных отрезков и иметь десять разных значений. Итак, на первом таком отрезке спектра, начинающемся с отметки 400 нм, количество света может иметь десять различных значений, и каждому из них может соответствовать любое из десяти различных значений количества света на следующем нанометровом отрезке, начинающемся с отметки 401. Это дает нам 10 = 100 возможных вариантов воспринимаемого света, относящегося только к этим двум отрезкам спектра. А когда таких отрезков триста, это даст нам 102300 различных спектров отражения. Иначе говоря, наш глаз теоретически мог бы различить 10300 различных типов поверхности, каждый со своим спектром отражения. Это число очень близко к бесконечности.

К счастью, обладающие цветовым зрением животные не утруждают себя тем, чтобы различать все теоретически возможные типы поверхностей. Вместо этого они анализируют всего несколько участков спектра: те из них, которые позволяют различать поверхности, важные для выживания. Наши глаза — никудышные спектрометры: вместо трехсот видов светочувствительных колбочек (по одному на каждый нанометр) у нас их всего три, и они "берут пробы” только из трех различных участков волнового спектра. Однако, сопоставляя реакцию колбочек трех этих типов друг с другом, мы способны замечать разницу между теми поверхностями, которые жизненно для нас важны. Вследствие того, что мы обходимся всего тремя разновидностями колбочек, существуют предметы, которые имеют различные спектры отражения, но кажутся нам идентичными по цвету. Подобно тому, как вы, в отличие от своего приятеля-дальтоника, способны отличить красные носки от зеленых, птица с четырьмя типами колбочек видит различные цвета там, где человек видит всего один. Как будет показано в этой главе, световосприимчивость наших колбочек идеально подходит для того, чтобы замечать разнообразные спектральные сдвиги, происходящие с нашей кожей в ответ на изменения в физиологии кровообращения.