Тави Тум

Бывало ли у вас такое, что приходилось спорить с друзьями по поводу цвета? Вы были убеждены, что стакан голубой, но другой человек доказывал, что стакан фиолетовый. А потом вы спрашивали у третьего человека, и он отвечал, что стакан вообще бирюзовый. Такая разница в восприятии заставляет задуматься, насколько объективно мы видим мир. Ученых-нейробиологов эта проблема, как оказалось, волнует больше всех.

На вопрос о том, как люди воспринимают цвета, наука и философия пытаются ответить уже очень давно. Несмотря на то, что у древних греков не было слова для описания синего цвета, они пытались разобраться во всех остальных. Греки спорили: состоят ли цвета из красного, черного, белого и светлого (по Платону) или же представляют собой небесный свет, посланный богами, где каждый цвет является соединением белого и черного или темного и светлого (по Аристотелю). Потом на место античных философов пришел Исаак Ньютон, который экспериментировал с призмами. Он определил компоненты радуги и вывел три основных цвета, из которых состоят остальные: красный, желтый и синий.

Сегодня биология дала нам более точное объяснение цветовой природы. Каждый цвет передает часть электромагнитного спектра, но наш глаз способен видеть лишь, так называемый, «видимый свет», небольшой отрезок всего спектра. Как он это делает? Фотоны света стимулируют фоторецепторы глаза, преображающие информацию в электрические сигналы, а они передаются сетчатке. Сетчатка же перерабатывает эти сигналы и отправляет их обратно в мозг.

Сейчас наука может с точностью измерить некоторые аспекты цвета — его яркость, длину световой волны. Волны красного цвета, к примеру, гораздо длиннее, чем волны синего или фиолетового. Кстати, это одна из причин, по которой для сигнала остановки у светофора выбрали именно красный цвет – видно издалека. С измерениями в пространстве все понятно, но когда дело доходит до человеческого восприятия, ученые несколько теряются.

Причина в том, что люди воспринимают цвета с учетом других факторов, таких как качество света или оттенки вокруг предмета. Иногда из-за этого один и тот же объект воспринимается мозгом совершенно по-разному. Вспомним нашумевшее платье, из-за которого в Интернете началась настоящая война в 2015 году. Никто не мог понять какого же оно цвета. Одна часть пользователей с уверенностью утверждали, что платье бело-золотое, а остальные были уверены, что оно черно-голубое (что и подтвердилось, но сама фотография с силу непреднамеренных особенностей ее обработки продолжала восприниматься неоднозначно) . В честь платья даже назвали соответствующий феномен и создали страницу в Википедии.

Иногда бывает и обратный феномен, когда два разных сигнала воспринимаются одинаково. Желтый, к примеру, обладает определенной длиной волны, которую мозг понимает, как соответствующий цвет. Но если смешать зеленую и красную световые волны, мозг тоже воспримет эту комбинацию, как желтый. Оба феномена – настоящая головоломка для ученых, хотя работа над пониманием цвета идет полным ходом.

Последнее исследование, опубликованное по этой теме, принадлежит Бэвилу Конвею, художнику и нейробиологу из Национального американского института здоровья. Тема цветов заинтересовала ученого благодаря его любви к искусству. В недавнем интервью для WIRED Конвей рассказал о своем хобби: «Мне очень нравится рисовать красками Holbein. У них просто прекрасные фиолетовые, другие бренды такое не выпускают. И цветовая карта у них хорошая. Обычно, если я в поисках определенного оттенка, я листаю карту Holbein и нахожу нужный».

Возможно, и вам попадалась большая сетка, разбитая на тысячи цветов, плавно переходящих из одного оттенка в другой. Именно о ней говорит Бэвил Конвей. Это — так называемое «цветовое пространство» — есть у каждой крупной компании, производящей краски. Он также приводит в пример Pantone, возможно, самый известный бренд такой направленности, у которого даже есть свое приложение для распознавания оттенков.

Нейробиолога разочаровало и одновременно удивило различие цветовых пространств у каждого бренда. Именно это подвигло его всерьез заняться цветами и объяснить такое разнообразие классификаций. Исследование, опубликованное им в Current Biology в середине ноября, предлагает новый метод организации цветов: основать их на паттернах нейронной активности в головном мозге.

Термины из нейробиологии приводят в легкое замешательство, но разобраться в его экспериментах оказалось не так сложно. Соумья Чаттерджи из Института мозга им. Аллена более десяти лет изучает цвета с точки зрения нейробиологии. Она опубликовала комментарий к исследованию Конвея, где сравнила его с предыдущими и подчеркнула новаторство нового подхода: «До этого восприятие всегда было точкой отсчета, известной величиной. Ученые пытались выяснить, какие нейронные процессы приводят к тому или иному восприятию. Здесь, впервые, восприятие принимается за неизвестный элемент, который ученые пытаются вывести, измеряя нейронную активность».

Она также рассказала, что ответную реакцию мозга на цвета раньше уже пытались выявить, используя МРТ. Но сканы не дали никаких результатов из-за невысокой скорости измерений, а также потому, что МРТ не отслеживает активность мозга напрямую. Технология лишь измеряет кровоток в мозге. Конвей же в своих исследованиях прибегнул к другому аппарату, немного напоминающему гигантскую сушилку для волос из салона красоты. Эта «сушилка» называется магнетоэнцефолографией (МЭГ) и вот она уже измеряет те самые магнитные поля, что возникают вследствие электрической активности в мозге. Скорость у этой технологии гораздо выше, что позволило фиксировать активность нейронов до, вовремя и после того, как испытуемые смотрели на разные цвета.

Чаттерджи восхитил такой подход. Вместо того, чтобы показывать добровольцам цвета, которые мы субъективно воспринимаем, как похожие, Конвей показал цвета, которые вызывают похожие реакции фоторецепторов в глазе. А это желтый, коричневый, розовый, фиолетовый, зеленый, темно-зеленый, голубой и синий. Так, к примеру, желтый и коричневый воспринимаются нами совершенно по-разному, но реакция фоторецепторов на них очень схожа. Зачем он так сделал? Чтобы попробовать обойти наше зрительное восприятие. Если цвета похожи визуально, то это взаимодействие между светом и рецепторами глаза. Но Конвей хотел добраться до мозга, продемонстрировать не различия зрительного восприятия, а различия в паттернах мозговой активности при том или ином цвете.

Дальше дело не обошлось без искусственного интеллекта. Конвей научил компьютер искать схожие паттерны мозговой активности у восемнадцати добровольцев, которые произносили вслух цвета с карточек. Он хотел проверить, совпадают ли эти паттерны с цветами, которые описывали участники. Скажем, всегда ли можно зафиксировать одну и ту же мозговую активность, когда участники говорят, что видят темно-синий.

В интервью для WIRED Конвей рассказал, что он не надеялся на результаты: «Только потом до меня дошел слух, что у МЭГ очень плохое пространственное разрешение, но было уже поздно». Действительно, аппарат направлен на измерения того, когда происходят определенные процессы в мозге, а не где. Но, как сказал сам нейробиолог, случилось чудо: «Паттерны активности нейронов действительно были разными для разных цветов. Я могу сказать с точностью в 90 процентов, какой цвет вы видите, посмотрев на ваши нейронные вспышки». То есть Конвей вначале исследовал нейронные процессы, а потом сделал выводы о том, как они действуют на восприятие цвета. До этого различие в цветах выявлялось лишь за счет длины световой волны, но теперь разницу удалось найти и в реакции нейронов. В этом и заключается новаторство Конвея.

Но и здесь все оказалось не так радужно. Несмотря на то, что Конвей нашел зависимость между определенными нейронными паттернами и цветами, он все равно не смог с точностью сказать, где именно в головном мозге возникает эта активность. Более того, в его исследовании нет ничего про механизм возникновения активности. Сам Конвей объяснил, что выявление различий в нейронных реакциях – это уже достижение. Оно доказывает, что в человеческом мозге есть такая же карта оттенков (или цветовое пространство), как у брендов Pantone или Holbein. Попутно исследования Конвея продемонстрировали спорную до этого эффективность МЭГ.

Конвей предвкушает, как будет исследовать больше цветов и в итоге создаст физическую копию цветового пространства нашего мозга. На вопрос о практическом применении своих исследований ученый ответить не смог: «Мне совершенно неизвестно, для чего это когда-нибудь сможет понадобиться. Знаете, так было с лазерами. Их начали изучать из чистого любопытства, а теперь они применяются чуть ли не повсеместно». Чаттерджи в своем комментарии на доклад Конвея, предположила, что более конкретные результаты таких исследований могут потенциально помочь создать глазные протезы для восстановления зрения. Точная картина реальности тоже неплохой мотив, но возможность исцеления слепоты действительно впечатляет.

На более фундаментальном уровне, сама по себе связь конкретных цветов с конкретными нейронными процессами – это огромный прорыв в понимании нашего мозга и того, как он создает для нас картину мира. Дальше больше, говорит Чаттерджи: «Когда-нибудь получится найти ту часть мозга, где представление соответствует восприятию, и это будет просто феноменальный рывок».

Не сообщается о проекции результатов данного исследования на проблему дальтонизма (неточного различения цветов). Но постановка вопроса в этом контексте напрашивается, коль скоро идет поиск способа объективации восприятия цвета.

«Интересное исследование, оно добавляет гирьку на чашу гипотезы, утверждающей, что картина мира формируется не в глазу человека, а в результате мозговой активности, — прокомментировал «Эксперту online» результаты американского нейробиолога российский живописец, биолог по образованию Аллан Ранну. — Мне тоже представляется, что изображение является производной от обработки сознанием импульсов от зрительных рецепторов. Но так же есть опасение, что данный метод исследования — слишком грубый и поверхностный и вследствие этого может привести к недостоверным результатам, и тут хорошо бы понимать уровень ошибки и границу самого подхода»

«К примеру, достаточно хорошо известно, что восприятие цвета в различных культурах так же различно, — поясняет Ранну. — Так, у жителей тропических джунглей ковровое восприятие (плоское), у эскимосов - невероятное различение оттенков серого, голубого и белого, что дает пространственное видение, и так далее. Даже два наших глаза видят по-разному: у одного глаза более теплая гамма, у другого — более холодная (каждый может проверить, посмотрев на голубое небо с облаками). Но тема интереснейшая — и физиология восприятия, и феномен построения картины сознанием. И что хорошо — тут непочатый край работы, границы не видно».

Да, наука безгранична в своем поиске. И исследование Бэвила Конвея, возможно, вскоре поможет легче находить точный ответ на вопрос: какого цвета платье?