Циклопедия скорбит по жертвам террористического акта в Крокус-Сити (Красногорск, МО)

Эффект Пуркинье с позиции нелинейной теории зрения

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

 → Эффект Пуркинье

 → Нелинейная теория зрения

 → Иллюзии и парадоксы цветового зрения

Изображение красной герани и листвы в разных условиях освещения: «дневное зрение» при нормальном ярком свете, в сумраке (сумеречное, мезопическое зрение), и ночью (ночное, скотопическое зрение, при свете звёзд)

Эффект Пуркинье с позиции нелинейной теории зрения — описание возникновения эффекта Пуркинье согласно нелинейной теории зрения.

Одним из эффектов, связанных со зрением является переход от дневного, наиболее обычного для нас, цветового зрения — к сумеречному, и далее — к ночному, нецветовому. Его суть заключается в том, что при наступлении сумерек, когда освещённость падает, красные цвета чернеют, а белые кажутся голубоватыми[1],[2]

Если взять два предмета, окрашенных в синий и красный цвет, то в полутьме синий будет казаться ярче красного, хотя при хорошем освещении красный гораздо ярче синего.

Р. Ф. Фейнман (Richard Phillips Feynman; 1918—1988) в своих «Фейнмановских лекциях по физике», в главе 35 пишет о двух следствиях: «первое — это обесцвечивание предметов (в слабом свете), а второе — различие в относительной яркости двух предметов, окрашенных в разные цвета. Оказывается, палочки видят синий край спектра лучше, чем колбочки, но зато колбочки видят, например, тёмно красный цвет, тогда как палочки его совершенно не могут увидеть.»[3]

Сторонники нелинейной теории зрения утверждают, что для трёхкомпонентной теории зрения, требующей наличие трёх типов колбочек для цветовосприятия, палочки оказываются лишними.

Было замечено, что в случае, когда сетчатка глаза состоит только из колбочек, цвет ощущается. Курица, глаз у которой колбочковый, цвета различает, но в сумерках теряет зрение — явление, носящее название «куриной слепоты». Так медики называют особенность «беспалочкового» глаза человека, у которого диагностирован третий тип цветоаномалии — тританопия, чувствительность которого в сумерках резко падает.

К примеру, глаз совы содержит только палочки. Цвета сова не различает, зато отлично видит ночью, при этом у неё сохраняется и дневное зрение. Есть люди, в глазах которых имеются только палочки; такие люди днём цвета не различают; а выйдя из темного помещения на солнечный свет, они некоторое время ничего не видит, так как сильный свет слепит их, пока глаз не адаптируется под яркое освещение.

Не структура органов зрения вызвала определенный образ жизни, а образ жизни вызвал направленную эволюцию зрения. Однако обе точки зрения не отрицают того, что орган зрения состоит из двух отдельных аппаратов: сумеречного, нецветочувствительного палочкового и дневного, чувствительного к цвету — колбочкового.

Ночью, в спектре солнечного света отражённого от луны, нет ни красной, ни синей составляющих, в нём преобладает зелёная область спектра и инфракрасная (к которой человеческий глаз не чувствителен)[4].

В палочке содержится зрительный пигмент — родопсин, который под действием света разлагается, выцветает. Считается, что именно выцветание родопсина вызывает возбуждение рецептора.

Отсутствие родопсина — это ещё не слепота. Более вероятно, что роль зрительного пигмента состоит и в том, чтобы увеличивать вероятность захвата фотонов определённой области спектра, то есть пигмент «настраивает» фоторецептор на необходимую длину волны.

Родопсин может перестраиваться и сторонник нелинейной теории зрения утверждают, что это осталось незамеченным по двум причинам:

  • Во-первых, потому, что, как предполагалось, сам акт зрения обусловлен разложением (или как говорят «выцветанием») родопсина. Поэтому его спектральные свойства исследовались при минимально возможной освещённости, работа производилась в полной темноте или при темно-красном освещении.
  • Во-вторых, максимум разложенного родопсина лежит в области невидимых ультрафиолетовых лучей. Дело в том, что спектральные исследования проводились на извлеченном из глаза родопсине. Если бы его спектральные характеристики изучались с учетом того, что роговица и хрусталик задерживают ультрафиолетовые лучи (напомним, что глаз с удаленным хрусталиком видит и «невидимые» ультрафиолетовые лучи), исследователи смогли бы заметить, что характеристика поглощения палочки с разложенным родопсином соответствует гипотетическому пигменту цианолабу, про который сторонники нелинейной теории утверждают, что он не обнаружен (и вообще не существует).

Родопсин под действием света непрерывно разлагается, а благодаря витамину А непрерывно восстанавливается. Много света — больше разложенного родопсина, мало света — больше восстановленного.

Согласно нелинейной модели цветовосприятия дифференциально чувствительный элемент — колбочка — сравнивает спектральное распределение по двум длинам волн: соответствующим максимумам хлоролаба — 540 нанометров и эритролаба — 590 нанометров. Дифференциальная система колбочка — палочка производит сравнение также по двум максимумам — суммарному максимуму колбочки, 570 нанометров, и… какой из двух максимумов родопсина выбрать? Синий — 465 нанометров или зелёный — 500? Модель их не выбирает. Она производит их сравнение по максимальной амплитуде.

Если освещённость высока, в качестве максимума сравнения используется «синий». Ширина воспринимаемой анализатором цвета области спектра велика, ощущаются все цвета. При уменьшении освещённости величина «синего» максимума уменьшается, появляется «зелёный» максимум, влияние которого состоит в увеличении чувствительности в зелёно-голубой области спектра. В силу уже рассмотренного нами свойства глаза корректировать изменение спектрального состава влияние «зелёного» максимума глазом замечено не будет. При дальнейшем снижении яркости влияние растущего «зелёного» максимума будет увеличиваться незаметно для глаза до того момента, когда оба максимума не станут близкими по величине. Эти условия, соответствующие наступлению сумерек, глаз уже не в состоянии скомпенсировать. Чувствительность голубой области спектра возрастает настолько, что белые объекты приобретают голубой оттенок. Это и есть эффект Пуркинье, названный так именем чешского физиолога, впервые подробно описавшего его. Стронники нелинейной теории зрения считают такое объяснение единственное объективным в настоящий момент.

Рис. 3. Спектральная характеристика зрения: а — сумеречная палочковая; б — колбочковая; в — кривая спектра ночного света

При дальнейшем уменьшении освещённости скорость восстановления родопсина превысит скорость его разложения, «зелёный» максимум станет больше синего и система переключится на сравнение по «зелёному» максимуму. Область спектра, воспринимаемая анализатором цвета, резко сузится. Спектральная характеристика глаза примет вид, изображенный на рис. 3. Цветовые сигналы станут ничтожно малыми, и о распознавании цвета не может быть и речи. Глаз переключился на сумеречное зрение.

На первый взгляд может показаться, что целесообразнее была бы плавная регулировка ширины воспринимаемого спектра, как в телевизорах и радиоприёмниках, а не скачкообразное переключение. Однако это не так. Плавное изменение положения максимума кривой поглощения вызвало бы такие невероятные изменения ощущаемых цветов, что даже светофоры стали бы не нужны. Природа выбрала самый оптимальный, по крайней мере с точки зрения физики, механизм перестройки.

Яркостный сигнал образуется сложением возбуждения палочки с возбуждением двух областей колбочки. На рис. 3 приведены кривые видности для колбочкового зрения и палочкового, которые сняты при слабом освещении, то есть при почти полностью восстановленном родопсине. Вдоль оси абсцисс отложены длины волн, вдоль оси ординат — чувствительность. Если эти две кривые сложить, окажется, что общая чувствительность резко возрастет. При этом сумеречная кривая почти повторяет спектральную кривую рассеянного ночного света. Оказывается, глаз перестраивается точно в необходимую область спектра, увеличивая при этом свою чувствительность вплоть до теоретического предела, до одного — двух фотонов.

Итак, с позиции нелинейной модели, все рецепторы (колбочки и палочки) работают одновременно, как единое целое, независимо от условий освещённости. [5]

См. также[править]

Источники[править]

  1. Frisby JP (1980). Seeing: Illusion, Brain and Mind. Oxford University Press : Oxford.
  2. Purkinje JE (1825). Neue Beiträge zur Kenntniss des Sehens in Subjectiver Hinsicht. Reimer : Berlin. pp. 109—110.
  3. Ричард Филлипс Фейнман. Фейнмановские Лекции по Физике, том № 3, гл. 35 (Цветовое зрение), стр. 157.
  4. http://i2.guns.ru/forums/icons/forum_pictures/000653/653625.jpg
  5. С. Ременко Цвет и зрение / под ред. И. П. Молодян, Ф. И. Гыцу. — Кишинёв: Картя Молдавеняска, 1982. — 160 с. с. — 10 000 экз.