Эксперимент с линзами в вашем глазу
Отличный пример того, как мозг оказывается неспособным справиться с сильной хроматической аберрацией, вы можете увидеть на сайте www.universeinsideyou.com. Выберите на странице раздел Experiments и в нем тему The lenses of your eyes. Там вы увидите два варианта написания слова «Illusion». Даже трудно понять, почему эти изображения вызывают у вас неприятное чувство, но все дело в том, что мозг изо всех сил старается справиться с чрезвычайно сильной цветовой аберрацией.
В связи с этим, кстати, интересно упомянуть, что вы не способны видеть свет как таковой. Подобное утверждение может показаться противоречащим всякой логике, но я имею в виду, что увидеть свет так, как, например, дерево или собаку, невозможно. Свет, попадающий на сетчатку глаза, со здает зрительный образ. Да, вы видите предметы, когда они излучают или отражают свет и его фотоны взаимодействуют с вашими зрительными рецепторами. Но вы не способны видеть свет, проходящий мимо вас.
И это хорошо. Пространство вокруг вас заполнено светом и другими невидимыми формами электромагнитного излучения. Солнечный и искусственный свет, радиоволны, сигналы мобильных телефонов и других беспроводных средств связи – все это, по сути, одна и та же разновидность энергии. Если бы все эти потоки были видимыми, то мы вообще ничего не смогли бы разглядеть в этой мешанине. Если вы направите луч света в черную трубу и посмотрите внутрь через окошко, вырезанное в ее стенке, то ничего не увидите. Луч, проходящий внутри трубы, невидим. Его можно увидеть лишь в том случае, если что-то внутри трубы будет его рассеивать (например, дым, который используется во всевозможных лазерных шоу).
Ловля фотонов
На задней стенке глазного яблока располагается сетчатка – своеобразный экран для восприятия света. Именно на нее проецируется изображение Альнилама, когда вы смотрите на ночное звездное небо. Этот экран покрыт сетью, состоящей примерно из 130 миллионов крошечных сенсоров, имеющих две формы – палочек и колбочек. Палочки воспринимают только черно-белое изображение. Их насчитывается порядка 120 миллионов, и они значительно чувствительнее, чем три вида колбочек, которые воспринимают цвет. При слабой освещенности колбочки вообще не работают. В этих условиях мы видим окружающую действительность черно-белой. Не только дети, но и многие взрослые отказываются верить в это, пока не убедятся на собственном опыте.
Если вы тоже сомневаетесь в неспособности глаза различать цвета при слабой освещенности, плотно зашторьте окна или дождитесь ночи. Посидите пару минут, чтобы глаза привыкли к темноте. Если вы вообще ничего не видите, включите ночник и накройте его покрывалом.
А теперь осмотритесь вокруг. Взгляните на свою одежду, кожу, окружающие предметы. Конечно, все выглядит немного не так, как в черно-белом кино, но цвета вы различить не сможете. Если цвет вам все-таки виден, значит, света еще слишком много. Уменьшите освещенность до такого уровня, чтобы очертания предметов были едва различимы, и попробуйте еще раз.
При цветном зрении используются комбинации трех первичных цветов – красного, синего и зеленого, из которых можно скомпоновать все остальные цвета. Возможно, вам приходилось слышать, что основными цветами являются синий, красный и желтый, но на самом деле это упрощенная версия для школьников, в которой речь идет о вторичных цветах – голубом, пурпурном и желтом, которые являются визуальными негативами первичных. Вторичные цвета используются для смешивания красящих пигментов, поскольку пигменты поглощают первичные цвета света.
Ночное зрение сильно отличается от цветного и регистрирует только уровень освещенности. Однако имеется и смешанный тип зрения (так называемая мезопия или сумеречное зрение), когда используются оба вида чувствительных элементов сетчатки. При этом возникают совершенно особые ощущения. Сумеречное зрение обладает необычными чертами. Пожалуй, именно этим объясняется тот факт, что в сумерках людям часто видятся призраки и другие визуальные феномены. Это как раз то время, когда зрение чаще всего обманывает нас, поскольку обе системы соперничают между собой, снабжая мозг визуальной информацией.
Цветовые колбочки сконцентрированы в центре сетчатки. Если же освещение слабое, то порой мы видим лучше, глядя на предмет не прямым, а боковым зрением. В этом случае изображение фокусируется на палочках, которых больше на периферии сетчатки. Похоже, наши глаза специально устроены таким образом, чтобы в темноте можно было боковым зрением заметить подкрадывающегося хищника. Три типа колбочек воспринимают, соответственно, красный, синий и зеленый цвета, хотя эти диапазоны у них в значительной степени перекрываются. Скорее, можно сказать, что их максимальная чувствительность настроена на один из цветов. Не у всех животных можно наблюдать такой набор светочувствительных элементов. Одни вообще не различают цветов. У других, в частности у собак, цветовое зрение сильно ограничено, так как у них в сетчатке только два типа колбочек.
Из глаза в мозг
Фотоны, прошедшие путь от Альнилама до вашего глаза, достигают наконец задней поверхности сетчатки (как ни странно, световые рецепторы глаза повернуты задом наперед и обращены не вперед, а назад, что может объясняться какой-нибудь эволюционной ошибкой). На поверхности каждого сенсора находятся специальные светочувствительные молекулы (фоторецепторы). Когда электроны этих молекул поглощают фотон, возникает слабый электрический импульс, который служит пусковым механизмом для отправки сигнала в мозг.
Перед передачей в оптический нерв сигналы комбинируются. Количество нервных волокон, подходящих к глазу, намного меньше, чем количество рецепторов, поэтому на одно нервное окончание поступают сигналы сразу от нескольких чувствительных элементов, что требует некоторой предварительной обработки сигналов. Как правило, нервы от правого глаза посылают информацию в левое полушарие мозга, и наоборот, однако некоторое количество нервных волокон не перекрещивается, поэтому часть сигналов от правого глаза обрабатывается правым полушарием параллельно с сигналами, поступившими от левого глаза. Перекрещивание нервных путей позволяет нам получать трехмерное изображение, а вот у птиц, к примеру, глаза в значительной степени работают независимо друг от друга и перекрещивание зрительных нервов выражено намного слабее.
До сих пор мы имели дело только с электрическими сигналами, посылаемыми в мозг. Затем мозг начинает обрабатывать эту информацию, используя набор модулей, отвечающих за различные аспекты зрения. Эти модули не ограничены какими-то определенными участками мозга, а имеют, скорее, функциональный характер. В их задачу входит фиксация движения, выделение деталей, определение формы, соотнесение с привычными визуальными моделями и т. п.
После первоначальной обработки данных мозг создает на их основе образ. Он конструирует ночное небо со звездой Альнилам в центре. Все это совершенно не похоже на фотографию. То, что вы «видите», – это образ, искусственно сконструированный мозгом на основе сигналов и их обработки. Можно даже сказать, что он менее реален, чем обычная фотография.
