Цвет как психофизиологическое явление

Проблемы в психологии цвета. Представленная нами тема изучалась еще с античных времен, и из тех мыслителей, которые стояли у истоков науки о цвете, а также развивали затем эти идеи, нужно выделить И.В.Гете, В.Кандинского, Гегеля, А.Ф.Лосева, И.Ньютона, М.Люшера и др. Многие из тех проблем, с которыми они в свое время столкнулись, до сих пор актуальны, а многочисленные вопросы требуют ответа. Если их обобщить, то можно сказать, что они касаются в первую очередь субъективности восприятия цвета [19], сложностей в измерении цвета, а также множественности объективных и субъективных факторов, влияющих на восприятие и психосемантику цвета.
Также существует проблема, связанная с тем, что ответ на вопрос о природе цвета, полученный в психофизиологических исследованиях, оказывается в радикальном противоречии с житейским опытом человека. Остановимся на ней подробнее. Представления о свете и цвете формируются на основе многолетнего зрительного опыта. Мы определяем цвет как свойство, как физическую характеристику внешнего объекта, аналогичную весу, плотности (мы говорим: «Яблоко – красное»). Свет также видится как характеристика источника излучения. Причина этого – «объектность» нашего восприятия, суть которого заключается в том, что субъективные (психические, феноменальные) образы нашего восприятия представлены сознанию как объекты среды, они отождествляются с предметами внешнего мира. Для обыденного опыта цвет и свет не порождаются зрением, а только передаются с помощью зрения. Далее, существует терминологическое смешение между физикой и психофизиологией с применением терминов «свет» и «цвет». С точки зрения физики, свет – это электромагнитное излучение в диапазоне от 400 до 700 нм, т.е. видимая часть спектра, а также некоторые другие участки спектра, невидимые глазом. Термин «цвет» в физике обычно используется для обозначения монохроматического или узкополосного излучения. Например, выражение: «Призма разлагает белый свет на цветные лучи» является очень распространенным в физической литературе [14]. Таким образом, физика рассматривает свойства электромагнитного излучения.
Нужно отметить, на протяжении этой работы мы будем использовать не только сведения, полученные психологией, но и информацию из физиологии цветового зрения, эстетики, оптики, физики. Это связано с тем, что цвет – это сложное и неоднозначное явление, и на его восприятие влияет множество объективных и субъективных факторов. Таким образом, каждая из этих дисциплин дает свое видение цвета, а это, в свою очередь, дает нам полную картину изучаемого явления.
Обратимся теперь к истории развития представлений о цвете.
Развитие теорий цветового зрения. Как уже отмечалось, фундаментальный вклад в изучение этого явления был сделан античными философами. Платон, Евклид, Птолмей, Декарт говорили о двойственной сущности света [14]. В природе существуют два типа излучений: сильное и слабое, которые имеют соответственно два источника: естественный (солнце) и искусственный (факел). Живые существа содержат в себе слабое отраженное излучение, которое выходит из глаз, а механизм видения состоит в соединении двух однотипных излучений, исходящих от предмета и из глаза. Это соединение и преобразует излучение в психологический феномен видения. На основе этой оригинальной теории Евклид и Птолмей положили начало геометрической оптике, сохранившей свое значение и для нас.
Затем, эти представления были развиты М.В.Ломоносовым, который также ввел замечание о том, что цвет как явление порождается смешением трех типов излучений, представляющих собой легкие, средние и тяжелые частицы. В зависимости от того, каких частиц содержится больше в данном излучении, таким будет и цветовое ощущение при попадании этого ощущения в глаз.
В 1704 г. выходит знаменитый труд Исаака Ньютона «Оптика», в котором впервые был описан экспериментальный метод исследования цветового зрения. Он называется методом аддитивного смешения цветов. Ньютон первый экспериментально доказал, что цвет – это свойство нашего восприятия, и природа его в устройстве органов чувств, способных интерпретировать определенным образом воздействие электромагнитных излучений. Его ошибка в том, что он предположил резонансный механизм генерации цвета, т.е., он считал, что определенное сочетание вибраций различных волокон вызывает в мозге определенное ощущение цвета. Однако, более важно то, что Ньютон выделил взаимодействие физиологического и психологического уровней в природе цвета.
В самом начале XIX века Томас Юнг выявил, что в общем случае достаточно иметь всего три составляющие из спектра, чтобы получить с их помощью все остальные цвета. Его идеи были продолжены Германом фон Гельмгольцем. Но он утверждал, что важнейшая характеристика, которой должны обладать эти элементы – это широкополосная чувствительность к различным излучениям. Гельмгольц предположил, что, перебирая разные тройки составляющих по определенным принципам, можно найти ту единственную, которая и будет раскрывать специфику этих элементов, т.е. определить максимум чувствительности каждого из этих элементов. При этом ряд феноменов цветового зрения оставался без объяснения. Один из них касался «чистого» цвета, т.е. такого, в котором наблюдатель не может обнаружить его составленности из других цветов. Теория Юнга-Гельмгольца объясняла это тем, что при некотором излучении максимально возбуждается один из фоторецепторов, и минимально – два других.
По-другому этот вопрос решал Эвальд Геринг. Он обратил внимание, что чистые цвета группируются в пары таким образом, что один элемент пары никогда не обнаруживается в цвете одновременно с другим. Красный в этом смысле противостоит зеленому, желтый – синему, и белый – черному. Он назвал такие пары оппонентными. В настоящее время можно по достоинству оценить тот вклад, который гипотеза Геринга внесла в науку о цвете, т.к. его понятие оппонентности оказалось фундаментальным для всех последующих работ по цветовому зрению.
Говоря об историческом развитии представлений о цвете, нужно сказать, что параллельно этому процессу формировалась семантика цвета. Причем, у самых разных культур, разнесенных во времени и пространстве, обнаруживаются принципиально схожие символические значения цветов. Особенно это касается, как на то указывают многие авторы [7, 15, 23, 21], знаменитой «цветовой триады» - белого, красного и черного. Так, белый цвет всегда был связан с добром, светом, чистотой, божественностью; черный означал зло, мрак, грязь, грех, иногда землю; красный же воспринимался амбивалентно: с одной стороны как сила и любовь, а с другой – как кровь и война.
Таким образом, действительно, мы не обнаруживаем новых смыслов цвета, но «звучание» некоторых из них существенно меняется. В ХХ веке цвет активно используется как символ общественно-политических движений и явлений. Опосредованность жизни революционной России символикой красного цвета была настолько широкой, что он стал именем нарицательным. Если обратиться к ХХI веку, то можно вспомнить «оранжевую революцию» на Украине, которая наглядно показала важность невербальных компонентов тех или иных идей, которые приводят в движение народные массы.
Рассмотрим теперь собственно процесс формирования цветового ощущения.
Физиологические механизмы восприятия цвета. Возвращаясь к положению о том, что цвет – это сложное и многогранное явление, можно схематически изобразить, что собой представляет цвет с точки зрения физики, физиологии и психологии [24]. Пусть источник испускает световой поток, а поверхность наблюдаемого предмета отражает свет в соответствии с распределением ее коэффициента отражения. Тогда спектральный состав излучения, направленного в глаз наблюдателя, находится перемножением координат этих двух излучений. Другими словами, уже на этом этапе оказали свое влияние освещение и характеристики предмета, такие как его текстура (кроме того, нужно учитывать форму предмета, фон). Попав на сетчатку глаза, излучение вызывает реакцию фоторецепторов. Они ответственны за возникновение ощущений красного, зеленого и синего. Интегральные реакции фоторецепторов зависят от их спектральной чувствительности и мощности излучения, приходящихся на соответствующие участки спектра. Сигналы о величине реакций всех трех групп фоторецепторов передаются в мозг, вызывая соответственно ощущения красного, синего и зеленого цветов. Они складываются в единое ощущение. Например, при преобладании реакций рецепторов, ответственных за возникновение «зеленых» сигналов появляется ощущение зеленого цвета. Если перевес на стороне «зеленых» и «красных» одновременно, возникает ощущение желтого. Излучения разных спектральных составов могут перекрываться и поэтому могут давать одинаковые соотношения интенсивностей сигналов и, следовательно, вызывать ощущения одинаковых цветов. Процесс формирования цветового ощущения осложняется психологическими факторами. Далее, влияние цвета связано с его семантикой, сложившейся исторически, с индивидуальным опытом человека, особенностями его характера, эмоционально-мотивационной сферы и личности в целом; кроме того, влияет состояние здоровья, потому что люди с определенными заболеваниями совершенно иначе воспринимают цвет, чем здоровые люди.
Далее, хотелось бы подробнее остановиться на собственно физиологических механизмах цветового зрения [14, 30, 31]. В нервной системе существуют два пути обработки зрительной информации: «сетчатка – таламус - кора» и «сетчатка - переднее двухолмие – кора». Цветовой анализ излучения осуществляется по первому пути. Сущность теории цветового зрения состоит в том, что фоторецепторы, которые представлены палочками и колбочками, реагируют только на излучение видимой части спектра. Палочки и колбочки имеют общую схему строения: наружный сегмент, в мембранных дисках которого – зрительный пигмент и внутренний сегмент, содержащий митохондрии и аппарат Гольджи, тело с клеточным ядром и синаптическую ножку.
Кванты света поглощаются в рецепторах специализированными молекулами – зрительными фотопигментами. Эти молекулы состоят из двух частей: хромофора (красящей части молекулы, определяющей цвет рецептора при освещении) и белка (опсина). Хромофор представлен альдегидом спиртов – витаминов А1 и А2 (ретиналь 1 и ретиналь 2). Так вот спектральные характеристики пигментов определяются комбинациями одного из ретиналей с той или иной разновидностью опсинов.
Каждый фоторецептор содержит только один фотопигмент, характеризующийся тем или иным спектром поглощения. В этой связи выделяют коротко-, средне- и длинноволновые колбочки. Реакцией фоторецептора на свет является гиперполяризация, возникающая в результате уменьшения проницаемости плазматической мембраны наружного сегмента для ионов Na+. Гиперполяризационная реакция рецептора на свет является прекращением длящейся в темноте деполяризации мембраны. Необычность ситуации в том, что стимулом, возбуждающим фоторецептор служит здесь не свет, а темнота. Это отличие его от рецепторов других модальностей.
Усилительное взаимодействие между фоторецепторами разного типа приводит к «смешению цветовых сигналов» и, как следствие, к уменьшению цветового и яркостного контрастов, к «размыванию» границ объекта. Наличие одного типа рецепторов недостаточно для различения цветов: в этом случае излучения любого спектрального состава могут быть уравнены для глаза путем изменения только их энергии. Чтобы цветоразличение было возможно, необходимо как минимум два типа рецепторов с разной спектральной чувствительностью. Тогда излучения с разным спектральным составом будут возбуждать их в разных соотношениях. Анализ этих соотношений осуществляется уже нейронными структурами последующих уровней.
Согласно одной из гипотез синаптического взаимодействия рецепторов с биполярами и горизонтальными клетками, сигнал от рецепторов поступает на горизонтальную клетку и через локальный участок ее мембраны синаптически воздействует на биполяр. В результате биполяр имеет спектральную характеристику горизонтальной клетки. Кроме того, горизонтальная клетка выполняет функцию инвентора. Это приводит к удвоению типов биполярных клеток по отношению к числу типов горизонтальных клеток.
Горизонтальные клетки контролируют адаптационные изменения в сетчатке и участвуют в механизмах пространственного контраста и дирекциональной чувствительности, а также они в формировании спектральных и пространственных свойств рецептивных полей цветокодирующих и ахроматических биполяров. Амакриновые клетки получают входные сигналы от биполяров и других амакриновых клеток и посылают сигнал к ганглиозным клеткам или к другим биполярам. Возможно, что их роль состоит в том, что, модулируя передачу сигнала в звене «биполяр - ганглиозная клетка», они участвуют в формировании цветоизбирательности ганглиозной клетки.
Собственно в слое ганглиозных клеток и завершается анализ излучения в сетчатке. Гранит в 1955 г. выделил среди них клетки, реагирующие на широкий спектр излучений (доминаторы), и клетки, избирательно настроенные на узкий диапазон длин волн (модуляторы) [14]. Доминаторам приписывалась функция кодирования яркости цвета, а модуляторам – функция кодирования цветового тона. В последующих работах других авторов установлено, что модуляторы являются «редуцированным вариантом» так называемых спектрально-оппонентных клеток, которые возбуждаются на одни длины волн и тормозятся на другие.
Далее, по зрительному нерву импульсы передаются в мозг, а именно, в клетки правого и левого наружного коленчатого тела (НКТ). Это основной подкорковый центр зрительной системы, локализующийся в таламусе и осуществляющий переработку информации, получаемой от сетчатки.
Дорсальный отдел НКТ – основной для окончаний зрительных волокон, он имеет слоистое строение. По размеру сомы и аксо-дендритного ветвления все клетки НКТ делятся на мелкие (парвоцеллюлярные) и крупные (магноцеллюлярные). В парвоцеллюлярных слоях НКТ выделяют широкополосные Wb-клетки и узкополосные Nb-клетки. Первые реагируют на излучение, которое ярче фона, а вторые – когда стимулы темнее фона. Интересно в этой связи то, что максимально насыщенными цвета, кроме красных, воспринимаются не на темном фоне, а на светлом ахроматическом фоне. Например, синий цвет наблюдается максимально насыщенным, когда его яркость составляет лишь 10% от яркости фона, т. е., в условиях, оптимальных для активации Nb-нейронов. Магноцеллюлярные слои связаны , с позиций разных авторов, либо с кодированием яркости, либо с кодированием движущихся объектов. Итак, система спектрально-оппонентных нейронов в НКТ мало отличается от таковой в слое ганглиозных клеток, что позволяет считать НКТ релейной «станцией», обеспечивающей выделение и обострение контрастов.
Обобщая, можно выделить в ретино-таламо-кортикальном пути преобразования зрительной информации две подсистемы Х-нейронов, ответственных за восприятие цвета и формы, и Y-нейронов, связанных с восприятием движения. Первые выделяют цветовые свойства как таковые и, кроме того, участвуют в выделении цветовых контуров. В Y-нейронах цветовое кодирование используется для выделения движущихся объектов на цветовом фоне. Собственно цветовое кодирование образует отдельный канал, который начинается на уровне колбочек и включает, далее, фотопические горизонтальные клетки, биполяры и ганглиозные клетки Х-типа и Х-нейроны с двойной оппнентностью НКТ. Завершается система кодирования цвета спектрально-селективными нейронами зрительной коры.
Информация, выделенная из светового излучения этой системой цветового анализатора, распределяется далее в различные зоны коры, где она используется для построения более сложных психических феноменов. Например, можно предположить, что включение цвета в образ восприятия осуществляется через цветоконстантные нейроны поля V4, а включение цвета в мнемические феномены (например, образы представления цвета) осуществляется с помощью клеток лобной коры, которые обеспечивают сохранение, по словам Измайлова Ч.А. и Соколова Е.Н., «...контекста временной организации событий.» [14, с. 168]. Такая же информация может поступать в зоны формирования речи, где она используется для генерации цветовых названий [27, 13].