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

На рис. 14 показано, к каким длинам волн восприимчивы наши колбочки каждого из трех типов. Вы, конечно, обратите внимание на ту странность, что чувствительности колбочек M и L едва не наступают друг другу на пятки. На первый взгляд это кажется чудовищным инженерным просчетом. Разумнее было бы снимать показания через одинаковые промежутки спектра, чтобы S-колбочки были восприимчивы к коротким световым волнам, M-колбочки — к средним, а L-колбочки — к длинным. Именно так устроены фотоаппараты. По этому же принципу работают глаза птиц, пресмыкающихся, рыб и пчел (хотя у перечисленных животных свет анализируют не три, а четыре типа колбочек). Обладание фоторецепторами двух различных типов для восприятия волн практически одинаковой длины кажется бессмысленной расточительностью.

Но в этом безумии есть логика. На это намекает рис. 14, где, помимо графиков чувствительности колбочек, можно увидеть, как выглядит типичный спектр отражения человеческой кожи. Его самой важной отличительной чертой является характерный изгиб в форме буквы W — эта небольшая загогулина появляется в связи с особенностями поглощения света окисленным гемоглобином, содержащимся в подкожной крови. Обратите внимание, насколько те длины волн, к которым колбочки М и L наиболее восприимчивы, совпадают соответственно с левым нижним коленом и с центральным пиком этой W. Как нам вскоре станет ясно, именно такое наложение графиков и есть тот решающий фактор, которому мы обязаны своей способностью к эмпатии.

На рис. 15 видно, как спектр отражения кожи меняется в зависимости от количества подкожной крови и ее насыщенности кислородом. (Здесь показано, как выглядит этот спектр уже после того, как свет прошел через глаз, — именно в таком виде он достигает колбочек. А на рис. 14 спектр отражения кожи изображен до того, как глаз исказил его. Наш глаз не является абсолютно прозрачным, и поэтому не весь попадающий в него свет достигает сетчатки.) Синий и желтый графики показывают, как интенсивность кровоснабжения влияет на спектр. Главное изменение при переходе от недостатка крови (желтый график) к ее избытку (синий график) заключается в том, что W-образный участок кривой сдвигается вниз. Все остальные ее участки остаются практически неизменными. По мере того как количество крови возрастает, средняя совокупная активность М- и L-колбочек падает, и кожа выглядит более синей. А если изменять те же параметры в обратном направлении, она желтеет. (Кроме того, увеличение количества крови снижает общую яркость кожи, а недостаточное кровоснабжение, напротив, увеличивает ее. Уж не поэтому ли синий слывет у нас “темным” цветом, а желтый — “светлым”?)

Красная и зеленая кривые на рис. 15 показывают зависимость изменений спектра нашей кожи от концентрации кислорода в крови. Как вы можете видеть, местоположение “буквы W" на графике осталось в общем прежним. Здесь изменения гораздо тоньше: по мере того как уровень оксигенации растет, W-образная форма становится все более выраженной. А поскольку колбочки типа M наиболее чувствительны к длинам волн, соответствующим левому нижнему колену W-образного зигзага, а колбочки типа L — к длинам волн, соответствующим его центральному пику, то чем отчетливее видна “буква W” в связи с увеличением содержания кислорода в крови, тем сильнее возбуждены L-колбочки по сравнению с M-колбочка- ми. Это приводит к тому, что кожа выглядит краснее. Аналогичным образом деоксигенация подкожной крови приводит к преобладанию зеленых оттенков. Рис. 16 представляет те же самые четыре кривые, что мы видели на рис. 15, но здесь они расположены вокруг цветового диска, взятого из предыдущих иллюстраций.

Именно это сближение пиков чувствительности у колбочек типов М и L позволяет нам увидеть, как меняется цвет кожи в зависимости от изменения обоих связанных с кровью параметров. Взгляните, как похожи четыре спектра отражения на рис. 15 (особенно это заметно при сопоставлении спектров для окисленной и неокисленной крови). Различить столь тонкие цветовые колебания непросто, и пики чувствительности М- и L-колбочек располагаются точно так, чтобы сделать это возможным: соответственно в области левого нижнего колена и срединного пика W-образной фигуры. Такое их расположение не только позволяет нам видеть в красно-зеленом измерении. Благодаря ему колбочки типов М и L вместе по-прежнему могут выполнять функцию предковых M/L-колбочек, и это дает нам возможность сохранить и сине-желтое измерение своего цветового пространства. А поскольку наша новоприобретенная способность отмечать колебания концентрации кислорода вследствие умения видеть на красно-зеленой оси не создает помех древнему восприятию сине-желтой гаммы, можно предположить, что это положение дел является результатом направленного естественного отбора. Более того, точное расположение свойственных М- и L-колбочкам пиков чувствительности идеально подходит для того, чтобы мы могли максимально четко отличать колебания количества крови от колебаний уровня оксигенации. Скажем, если бы эти пики чувствительности расположились на уровне центрального пика и правого нижнего колена “буквы W", мы по-прежнему видели бы оттенки на красно-зеленой оси, да и колбочки типов M и L остались бы, вероятно, достаточно похожи на предковые М / L-колбочки и не препятствовали бы различению сине-желтой гаммы. Однако в этом случае колебания количества крови влияли бы на наше восприятие красного и зеленого гораздо сильнее, чем теперь. Смысл изменений цвета кожи по красно-зеленой оси был бы менее однозначен: нам труднее было бы определить, сдвигом какого именно параметра — кровоснабжения или оксигенации — вызван тот или иной цветовой переход. Благодаря имеющимся у нас колбочкам колебания воспринимаются как сравнительно независимые друг от друга.

Новшеством является лишь красно-зеленое цветовое измерение, а сине-желтое в ходу уже десятки миллионов лет и возникло задолго до того, как мы обзавелись голой кожей. Значит ли это, что информацию об эмоциях передает только варьирование цвета кожи по красно-зеленой шкале? Почти наверняка нет. В ходе эволюции наша цветовая сигнализация могла подгоняться под любые цвета, которые мы были способны видеть. А поскольку колебания интенсивности кровоснабжения и концентрации кислорода — параметры более или менее независимые, цветовая сигнализация имела возможность извлекать пользу как из древнего сине-желтого, так и из нового красно-зеленого измерения, создавая для наших глаз как можно более броские сигналы.

Цветовое зрение — это приблизительное восприятие различных распределений длин волн исходящего от объектов света. Но наши глаза — не спектрометры, и они не способны измерить, сколько в них попадает света с той или иной длиной волны. Для этого понадобились бы десятки, даже сотни типов колбочек, а не два, три или четыре, которыми обычно располагают животные (хотя у некоторых ракообразных бывает и больше). И поэтому доставшиеся нам колбочки мы используем для анализа тех длин волн, которые для нас особенно важны. Если X — нечто, обладающее первостепенной важностью (например, кожа), то естественный отбор будет благоприятствовать такой чувствительности колбочек, которая позволит наилучшим образом видеть X. Цветовое зрение животного будет “спроектировано под Х”.

Очень важно, что видимые нами цвета внешнего мира — это своего рода удобная иллюзия. Как будто эволюция взяла набор карандашей и пометила разными цветами вещи, которые важны для нашего выживания и размножения. Однако в реальности таких меток не существует. Дональд Д. Хоффман, профессор когнитивистики Калифорнийского университета в Ирвайне, любит обращать на это внимание, но предпочитает говорить не о цветных карандашах, а использовать другую метафору: “рабочий стол” компьютера. На его виртуальной поверхности есть иконки различных форм и цветов, которые можно перемещать, открывать и даже класть в корзину. Такой “рабочий стол” представляет собой визуальное отображение процессов, происходящих внутри компьютера. Но каким образом осуществляется выбор той или иной формы этого отображения? Разумеется, не путем эволюции в естественной среде, а вследствие требований рынка, который несколько десятков лет вынуждал инженеров разрабатывать все более удобные для человеческого мозга пространства “рабочих столов” — то есть визуальные системы, позволяющие заглядывать “внутрь” компьютера. Эволюция “рабочих столов” улучшила наше взаимодействие с компьютером, подобно тому, как эволюция нашего зрительного восприятия усовершенствовала взаимодействие с реальным миром.