وقتی یک شیء رنگی را می‌بینیم، سه عامل مهم در این پدیده نقش دارند: اول منبع نور، دوم آن شیء و سوم چشم ما. نور از منبع نور به جسم و سپس به چشم ما می‌رسد. پس برای درک کامل عوامل موثر در تفاوت رنگ اجسام باید این سه عامل را در کنار هم بررسی کنیم. در این نوشتار، چشم را که شاید پیچیده‌ترین این سه عامل باشد، بررسی می‌کنیم و توضیح خواهیم داد که چشم چگونه می‌بیند و خصوصیات مختلف اشیا مثل اندازه، شدت روشنایی و رنگ آنها را چطور تشخیص می‌دهد و از هم تفکیک می‌کند.
حیوانات برای کسب اطلاعات از محیط اطراف خود، از نور و صدا استفاده می‌کنند. آنها از این راه با هم ارتباط برقرار می‌کنند، به هم هشدار می‌دهند یا با کمک آن غذای خود را پیدا می‌کنند. پس اگر این حواس در یک گونه، قوی‌تر باشند شانس بقای آن حیوان نیز بیشتر خواهد شد. بسیاری از حیوانات (مثلاً سگ‌ها و گربه‌ها) بینایی رنگی ندارند. شاید به آن دلیل است که جانوران طی تکامل ویژگی‌هایی را حفظ می‌کنند که منافع آن در یک مدت زمان کوتاه حاصل شود. یعنی سگ‌ها و گربه‌ها بینایی رنگی را مفید نمی‌دانستند، ولی انسان‌ها چرا. ما هرگز نمی‌توانیم در این باره با قطعیت اظهار نظر کنیم، اما می‌توان یک توجیه نسبتاً منطقی برای آن ارائه کرد. گربه‌سانان (گربه، شیر، پلنگ،
ببر و ...) شکارچی هستند، طعمه آنها در دشت‌ها و مراتع زندگی می‌کند. پس بهتر است چشم آنها حرکت اشیا را تشخیص دهد تا تنوع رنگی آنها را. گاوها و گوسفندها هم به بینایی رنگی نیازی ندارند. آنها برای پیدا کردن غذای خود از یک دستور بسیار ساده استفاده می‌کنند: «اگر چیزی حرکت نمی‌کند، می‌توانی آن را بخوری».
اما پرندگان، نخستین‌ها (میمون، گوریل، انسان و...) و برخی از حشرات مانند زنبورها بینایی رنگی دارند، چرا؟ چون رژیم غذایی آنها پیچیده‌تر است. آنها باید بدانند که یک میوه چه وقت می‌رسد؟ یا کدام غذا سمی است.
کدام یک را می‌شود خورد و کدام را نباید خورد، رنگ به آنها کمک می‌کند تا در این باره تصمیم‌گیری کنند.
شکی نیست که اجداد ما هم حیواناتی بدون بینایی رنگی بوده‌اند. بنابراین می‌توان نتیجه گیری کرد که انجام بسیاری از فعالیت‌های پیچیده‌ای که چشم انجام می‌دهد، مثلاً شناختن یک دوست، بدون داشتن بینایی رنگی هم امکان‌پذیر است. در واقع تشخیص رنگ مهارتی است که ضروری نیست، اما زندگی را برای ما خوشایند می‌کند.
ساختمان چشم
چشم انسان با وجود کوچکی، اندام بسیار پیچیده‌ای است. چشم تقریبا 5/2 سانتیمتر پهنا، 5/2 سانتیمتر عمق و 2 سانتیمتر ارتفاع دارد. می‌خواهیم با هم قسمت‌های مختلف چشم انسان را بررسی کنیم و تاثیر هر یک از آنها را در بینایی ببینیم. معمولاً چشم را به دوربین عکاسی تشبیه می‌کنند. عدسی چشم را با لنز دوربین و شبکیه را با فیلم آن مقایسه می‌کنند. روی شبکیه میلیون‌ها گیرنده وجود دارد که نسبت به نور حساس است. عنبیه هم مانند دیافراگم دوربین است و نور ورودی به چشم را کنترل می‌کند، اما در چشم انسان دو نقطه وجود دارد که در دوربین عکاسی نیست: نقطه کور و لکه زرد.
نقطه کور: نقطه کور بخشی از چشم است که هیچ گیرنده‌ای در آن وجود ندارد. تمام پایانه‌های عصبی خارج شده از گیرنده‌های چشم به هم متصل شده و در این نقطه از چشم خارج می‌شوند و از طریق اعصاب بینایی به مغز می‌رسند، بیشتر مردم از وجود این نقطه در چشم خود آگاه نیستند. چون مغز هنگام پردازش اطلاعات رسیده از چشم، این نقص را برطرف می‌کند.
یک آزمایش ساده
اگر می‌خواهید در عمل وجود این نقطه را حس کنید، چشم راست خود را با دست بپوشانید و به دایره قرمزی خیره شوید. سپس به تدریج صورتتان را به سمت صفحه کاغذ ببرید. مربع قرمز ناپدید خواهد شد.(می توانید چشم چپ را ببندید و به مربع خیره شوید. در این صورت دایره ناپدید می‌شود). یک روش ساده دیگر برای اطمینان از وجود این نقطه آن است که شست‌های دو دست خود را در کنار هم و در مقابل خود قرار دهید. شست چپ خود را به آرامی به سمت چپ ببرید و سعی کنید بینایی خود را روی شست راست متمرکز کنید. وقتی فاصله شست‌ها تقریباً به اندازه یک دست برسد، شست چپ شما ناپدید می‌شود. پس چشم آن قدرها هم که به نظر می‌رسد
بی‌نقص نیست.
لکه زرد: لکه زرد قلب بینایی رنگی ماست. درست است که ما در هنگام دیدن خود این لکه را احساس نمی‌کنیم اما در واقع کل بینایی دقیق ما توسط همین ناحیه کوچک تأمین می‌شود. وقتی کتاب می‌خوانید یا وقتی با دقت به چیزی نگاه می‌کنید، این لکه زرد است که به شما قدرت تفکیک مناسب می‌دهد؛ به همین علت افرادی که دارای لکه زرد آسیب دیده باشند، از نظر قانونی نابینا محسوب می‌شوند و اجازه انجام برخی کارها به آنها داده نمی‌شود. حالا می‌خواهیم کمی درباره گیرنده‌های نوری چشم صحبت کنیم، بعد ازآن دوباره به طور مفصل راجع به لکه زرد بحث خواهیم کرد. گیرنده‌های نوری شبکیه به دو دسته تقسیم می‌شوند: مخروط‌ها و میله‌ها. این نامگذاری بر اساس شکل تقریبی مقطع عرضی این گیرنده‌ها زیر میکروسکوپ انجام شده است. میله‌ها مسؤول بینایی ما در شب هستند و مخروط‌ها بینایی رنگی در روز را تامین می‌کنند. بیش از يكصد میلیون گیرنده در شبکیه وجود دارد. این گیرنده‌ها از بعضی جهات شبیه موهایی هستند که به عنوان گیرنده صوت در گوش کار می‌کنند، اما یک تفاوت عمده بین آنها وجود دارد: مخروط‌ها و میله‌ها در چشم توزیع شده‌اند و این به مغز کمک می‌کند تا بتواند موقعیت اشیا را نسبت به هم به سادگی درک کند در صورتی که برای تشخیص موقعیت منبع صوت با استفاده از گوش، به پردازش پیچیده‌تری نیاز داریم. چشم سیگنال‌های گیرنده‌های نوری را به مغز می‌فرستد. مغز با استفاده از این سیگنال‌ها نقشه‌ای از تصویر تشکیل شده روی شبکیه می‌سازد. این اتفاق بسیار شبیه آن چیزی است که در دوربین‌های دیجیتالی به کار می‌رود، اما یک تفاوت اساسی بین چشم و این دوربین‌ها وجود دارد که دانستن آن شما را شگفت‌زده خواهد کرد. در دوربین فاصله تمام نقاط با یکدیگر یکسان است. یعنی گیرنده‌های نور به طور یکنواخت توزیع شده‌اند، اما در چشم تقریباً تمام مخروط‌ها در لکه زرد قرار دارند. می‌توان گفت که در لکه زرد تقریباً هیچ میله‌ای وجود ندارد. به همین دلیل هر چه از لکه زرد دور شویم، دقت بینایی ما کاهش پیدا می‌کند. تقریباً شش میلیون مخروط در شبکیه ما قرار دارد. مخروط‌ها در محیط‌هایی که روشنایی خوب نیست (تاریک یا کم نور)، کارآیی چندانی ندارند. در این شرایط میله‌ها به کار می‌افتند. در چشم حدود 125 میلیون میله وجود دارد.
این بدان معنی است که حداکثر دقت بینایی ما در یک ناحیه بسیار کوچک متمرکز شده است. پس چطور ما این موضوع را حس نمی‌کنیم؟ چشم دائماً حرکت می‌کند. این حرکت باعث می‌شود تصویر نقاط مختلفی روی لکه زرد بیفتد و به این ترتیب جزئیات تمام ناحیه‌ای که در معرض دید ما قرار دارد، دیده می‌شود. مغز با استفاده از سیگنال‌هایی که قبلا دریافت کرده، جزئیات مربوط به نقاطی را که هم اکنون تصویر آنها روی لکه نیست، بازسازی می‌کند تا ما بتوانیم تصویر واضحی ببینیم. در داخل گیرنده‌های نوری چشم یک ماده شیمیایی وجود دارد که نسبت به تغییرات نور حساس است. این ماده را «رنگدانه بصری» می‌نامند. هر کدام از این رنگدانه‌ها نسبت به طول موج خاصی حساس هستند. گیرنده‌های نوری چشم نسبت به طول موج‌های 400 تا 700 نانومتر(تقریبا) واکنش نشان می‌دهند. میله‌ها و هر کدام از سه نوع مخروطی که در چشم ما قرار دارد رنگدانه خاص خود را دارند و در نتیجه هر کدام نسبت به طول موج خاصی عکس‌العمل نشان می‌دهند. این عکس العمل متفاوت، اساس بینایی رنگی ماست. چون نحوه کار میله‌ها ساده‌تر است، ما ابتدا آن را شرح می‌دهیم.
میله‌ها
رنگدانه‌ای که در میله‌ها وجود دارد نسبت به
طول موج‌های کوتاه حساس‌تر است یعنی نسبت به نورهای آبی واکنش شدیدتری نشان می‌دهد، به نموداري كه در ادامه مي آيد نگاه کنید.
در نمودار حساسیت نسبی میله‌ها و میانگین حساسیت سه نوع مخروط نشان داده شده است. از این نمودار چند نکته مهم مشخص می‌شود:
- اول اینکه میله‌ها نسبت به مخروط‌ها حساسیت بیشتری در مقابل روشنایی دارند. نمودار نشان می‌دهد که عکس العمل آنها نسبت به نور حدودا هزار بار بیشتر از مخروط‌هاست. یعنی آنها می‌توانند نوری را حس کنند که باید لااقل یکهزار بار قوی‌تر شود تا مخروط‌ها هم آن را حس کنند.
نکته دوم این است که قله منحنی حساسیت میله‌ها در وسط طیف مرئی قرار ندارد و به سمت چپ متمایل است. اگر بخواهیم کمی ساده‌تر بگوییم، بینایی ما در نور کم به نور آبی حساس‌تر است تا نور قرمز. شاید باور نکنید اما این نکته در طراحی کابین خلبان‌ها نقش مهمی دارد.
کابین خلبان
برای توضیح دادن این موضوع لازم است تا کمی بیشتر با نحوه کار گیرنده‌های نوری آشنا شوید. وقتی فوتون به یک گیرنده می‌رسد، رنگدانه بصری آن دچار نوعی تغییر شیمیایی می‌شود. پس از یک زمان کوتاه، سلول آن را مجدداً به وضعیت اولیه خود برمی‌گرداند، اما در این فاصله گیرنده حساسیت خود را موقتاً از دست می‌دهد. چشم ما این زمان را با توجه به روشنایی محیط تنظیم می‌کند. اگر مدت زیادی در آفتاب باشید و سپس به درون ساختمان بروید (یا برعکس)، چند ثانیه طول می‌کشد تا چشم شما با روشنایی این محیط جدید وفق پیدا کند. در چنین شرایطی، میله‌ها نسبت به مخروط‌ها زمان بیشتری لازم دارند تا با این شرایط سازگار شوند.
حالا فرض کنید که خلبان در شب مشغول هدایت هواپیماست. در این شرایط چشمان او با محیط تاریک وفق پیدا کرده‌اند تا بهتر بتواند ببیند. اما درعین حال لازم است که او عقربه‌ها و تجهیزات درون هواپیما را هم به خوبی ببیند. برای حل این مشکل تمامی چراغ‌های درون کابین خلبان قرمز ساخته می‌شوند. چرا؟ چون حساسیت میله‌ها نسبت به نور قرمز بسیار کم است، در نتیجه اختلالی در سازگاری چشم‌های خلبان با تاریکی بیرون ایجاد نمی‌شود. ولی مخروط‌ها چراغ‌های قرمز را به راحتی می‌بینند و در نتیجه خلبان می‌تواند به راحتی هر دو را مشاهده کند. در شب تشخیص جزئیات با استفاده از میله‌ها بسیار دشوار است، چون تعداد میله‌ها در لکه زرد - که مرکز بینایی ماست - بسیار کم است. اگر در شب مستقیماً به یک ستاره کم نور نگاه کنید آن را نخواهید دید، ولی اگر چشم خود را کمی منحرف کنید ستاره مجدداً ظاهر خواهد شد. اما اصلاً چرا لازم است که ما دو سیستم بینایی مستقل از هم داشته باشیم؟ زیرا هر دوی آنها در کار خود تخصص بسیار بالایی دارند؛ مخروط‌ها برای دید در روز که تفکیک رنگ و وضوح بالا مورد نیاز است و میله‌ها برای دید شبانه که تشخیص نور مهم‌تر از رنگ و وضوح آن است. واضح است که حیواناتی که یکی از این دو سیستم را ندارند، توانایی رقابت کمتری دارند. پستانداران که دارای هر دو سیستم هستند، می‌توانند هم در شب و هم در روز فعالیت کنند.
مخروط‌ها
در بیشتر انسان‌ها، چشم سه مخروط دارد که به طول موج‌های بلند، متوسط و کوتاه نور مرئی حساس هستند. این مخروط‌ها را به ترتیب قرمز، سبز و آبی می‌نامیم. مخروط‌ها در لکه زرد به طور فشرده در کنار هم قرار گرفته‌اند. تقریباً 64 درصد کل مخروط‌های چشم، مخروط‌های قرمز، 32 درصد آنها سبز و فقط 2درصد آنها آبی هستند، اما مخروط‌های آبی بیشترین حساسیت را دارند. در بیشتر نقاط چشم مخروط‌های قرمز، سبز و آبی به طور خوشه‌ای در کنار هم قرار گرفته‌اند، اما در لکه زرد تعداد مخروط‌های آبی به طرز چشمگیری کاهش می‌یابد. هنوز هیچ‌کس نمی‌داند که چرا این طور است.
چرا فقط سه مخروط؟
ما سه نوع مخروط داریم. سگ‌ها دو مخروط دارند و تعداد کمی از جانوران بیشتر از چهار مخروط دارند. نوعی میگو وجود دارد که دارای 10 نوع حسگر رنگی مختلف است. اگر چشم را با گوش مقایسه کنیم به نکته بسیار جالبی پی می‌بریم. چشم و گوش بسیار شبیه یکدیگر هستند و وظیفه هر دو آنها این است که یک محرک بیرونی را دریافت کنند و نتیجه را به صورت یک سیگنال به مغز ارسال کنند. ورودی هر دوی آنها امواج است. چشم، نور(امواج الکترومغناطیسی) را دریافت می‌کند و گوش، صوت (امواج فشاری) را. در گوش هزاران مو با طول‌های مختلف وجود دارد که نسبت به طول موج‌های مختلف یک موج فشاری(صدا) عکس‌العمل نشان می‌دهند، ولی در چشم فقط 3 نوع مخروط وجود دارد و همین 3 نوع مخروط نسبت به تمام طول موج‌ها عکس‌العمل نشان می‌دهند. چرا تعداد مخروط‌ها نیز مانند گیرنده‌های صدا زیاد نیست؟ اگر تنوع مخروط‌های چشم ما بیشتر بود مطمئناً جزئیات رنگی بیشتری را درک می‌کردیم، اما این کار به آن سادگی که ما فکر می‌کنیم نیست، چون:
- تعداد محدودی رنگدانه‌های بصری وجود دارد. بنابراین نمی‌توانیم به هر تعداد که بخواهیم تنوع حسگرهای رنگی خود را افزایش دهیم. به طور مثال میگویی که گفتیم برای جداسازی رنگ‌های مختلف از مایعات رنگی متفاوت استفاده می‌کند و نه از رنگدانه‌ها.
- وقتی گیرنده‌ای یک فوتون را دریافت می‌کند، گیرنده‌های دیگر نمی‌توانند آن را احساس کنند. پس اگر مخروط‌ها تنوع بیشتری داشتند حساسیت کلی چشم ما نسبت به نور کمتر می‌شد. این مشکل در گوش وجود ندارد، چون یک موج فشاری می‌تواند به طور همزمان توسط چند گیرنده صوتی مختلف احساس شود.
- چشم هر تصویر را به تعداد زیادی نقطه تفکیک می‌کند. اگر قرار باشد تعداد حسگرهای رنگی موجود در هر یک از این نقطه‌ها افزایش یابد، مساحت این نقطه بیشتر خواهد شد. چون فضای شبکیه چشم محدود است، تعداد این نقاط کاهش می‌یابد. واضح است که اکنون تصاویر با تعداد نقاط کمتری در چشم تشکیل می‌شود که این موجب کاهش وضوح تصویر خواهد شد. شاید بگویید این مشکل با کوچک کردن اندازه مخروط‌ها حل می‌شود، اما در این صورت هنوز مشکل قبلی باقی است.
- حتی اکنون که سه نوع گیرنده نوری در چشم ما وجود دارد، حجم زیادی از فعالیت عصبی برای تجزیه و تحلیل اطلاعات آن لازم است. حال فرض کنید که با زیاد شدن مخروط‌ها به چه میزان فعالیت عصبی نیاز داشتیم. به عنوان مثال میگو برای حل این مشکل تعداد گیرنده‌های رنگی خود را کاهش داده است. گیرنده‌های چشم او فقط در یک نوار باریک افقی قرار گرفته‌اند.
آبی؛ رنگ همیشه استثنایی
رنگ آبی ویژگی‌های منحصر به فرد فراوانی دارد، اول اینکه چشم تمایل دارد تا برای کانونی کردن نور ورودی، از پاسخ مخروط‌های قرمز و سبز استفاده کند. این کار یک مساله ایجاد می‌کند و آن این است که چون رنگ‌های مختلف در جاهای متفاوتی از چشم، کانونی می‌شوند، وقتی چشم خود را روی یک جسم غیرآبی رنگ متمرکز کنید، اجسام آبی رنگی که می‌بینید مبهم خواهد بود.
دوم اینکه قرنیه ما نور آبی را حدوداً دو برابر بیشتر از نورهای دیگر جذب می‌کند. به علاوه شبکیه هم تا حدودی همین اثر را دارد؛ (توجه کنید که سلول‌های عصبی چشم، جلوی گیرنده‌های نوری هستند و بخشی از نور را پیش از رسیدن به آنها جذب می‌کنند). با افزایش سن، چشمان شما از این نظر بدتر هم می‌شوند و نور آبی بیشتری را پیش از رسیدن به مخروط‌ها جذب می‌کنند، بنابراین توانایی انسان‌ها در تشخیص رنگ‌های آبی فقط 2درصد کل مخروط‌ها را تشکیل می‌دهد، اما حساسیت ما به نور آبی کمتر از نورهای دیگر نیست. به نظر می‌رسد که سیگنال خروجی مخروط‌های آبی در هنگام پردازش در مغز به نوعی تقویت می‌شود. دنياي شگفت‌انگيز رنگ‌ها
وقتی یک شیء رنگی را می‌بینیم، سه عامل مهم در این پدیده نقش دارند: اول منبع نور، دوم آن شیء و سوم چشم ما. نور از منبع نور به جسم و سپس به چشم ما می‌رسد. پس برای درک کامل عوامل موثر در تفاوت رنگ اجسام باید این سه عامل را در کنار هم بررسی کنیم. در این نوشتار، چشم را که شاید پیچیده‌ترین این سه عامل باشد، بررسی می‌کنیم و توضیح خواهیم داد که چشم چگونه می‌بیند و خصوصیات مختلف اشیا مثل اندازه، شدت روشنایی و رنگ آنها را چطور تشخیص می‌دهد و از هم تفکیک می‌کند.
حیوانات برای کسب اطلاعات از محیط اطراف خود، از نور و صدا استفاده می‌کنند. آنها از این راه با هم ارتباط برقرار می‌کنند، به هم هشدار می‌دهند یا با کمک آن غذای خود را پیدا می‌کنند. پس اگر این حواس در یک گونه، قوی‌تر باشند شانس بقای آن حیوان نیز بیشتر خواهد شد. بسیاری از حیوانات (مثلاً سگ‌ها و گربه‌ها) بینایی رنگی ندارند. شاید به آن دلیل است که جانوران طی تکامل ویژگی‌هایی را حفظ می‌کنند که منافع آن در یک مدت زمان کوتاه حاصل شود. یعنی سگ‌ها و گربه‌ها بینایی رنگی را مفید نمی‌دانستند، ولی انسان‌ها چرا. ما هرگز نمی‌توانیم در این باره با قطعیت اظهار نظر کنیم، اما می‌توان یک توجیه نسبتاً منطقی برای آن ارائه کرد. گربه‌سانان (گربه، شیر، پلنگ،
ببر و ...) شکارچی هستند، طعمه آنها در دشت‌ها و مراتع زندگی می‌کند. پس بهتر است چشم آنها حرکت اشیا را تشخیص دهد تا تنوع رنگی آنها را. گاوها و گوسفندها هم به بینایی رنگی نیازی ندارند. آنها برای پیدا کردن غذای خود از یک دستور بسیار ساده استفاده می‌کنند: «اگر چیزی حرکت نمی‌کند، می‌توانی آن را بخوری».
اما پرندگان، نخستین‌ها (میمون، گوریل، انسان و...) و برخی از حشرات مانند زنبورها بینایی رنگی دارند، چرا؟ چون رژیم غذایی آنها پیچیده‌تر است. آنها باید بدانند که یک میوه چه وقت می‌رسد؟ یا کدام غذا سمی است.
کدام یک را می‌شود خورد و کدام را نباید خورد، رنگ به آنها کمک می‌کند تا در این باره تصمیم‌گیری کنند.
شکی نیست که اجداد ما هم حیواناتی بدون بینایی رنگی بوده‌اند. بنابراین می‌توان نتیجه گیری کرد که انجام بسیاری از فعالیت‌های پیچیده‌ای که چشم انجام می‌دهد، مثلاً شناختن یک دوست، بدون داشتن بینایی رنگی هم امکان‌پذیر است. در واقع تشخیص رنگ مهارتی است که ضروری نیست، اما زندگی را برای ما خوشایند می‌کند.
ساختمان چشم
چشم انسان با وجود کوچکی، اندام بسیار پیچیده‌ای است. چشم تقریبا 5/2 سانتیمتر پهنا، 5/2 سانتیمتر عمق و 2 سانتیمتر ارتفاع دارد. می‌خواهیم با هم قسمت‌های مختلف چشم انسان را بررسی کنیم و تاثیر هر یک از آنها را در بینایی ببینیم. معمولاً چشم را به دوربین عکاسی تشبیه می‌کنند. عدسی چشم را با لنز دوربین و شبکیه را با فیلم آن مقایسه می‌کنند. روی شبکیه میلیون‌ها گیرنده وجود دارد که نسبت به نور حساس است. عنبیه هم مانند دیافراگم دوربین است و نور ورودی به چشم را کنترل می‌کند، اما در چشم انسان دو نقطه وجود دارد که در دوربین عکاسی نیست: نقطه کور و لکه زرد.
نقطه کور: نقطه کور بخشی از چشم است که هیچ گیرنده‌ای در آن وجود ندارد. تمام پایانه‌های عصبی خارج شده از گیرنده‌های چشم به هم متصل شده و در این نقطه از چشم خارج می‌شوند و از طریق اعصاب بینایی به مغز می‌رسند، بیشتر مردم از وجود این نقطه در چشم خود آگاه نیستند. چون مغز هنگام پردازش اطلاعات رسیده از چشم، این نقص را برطرف می‌کند.
یک آزمایش ساده
اگر می‌خواهید در عمل وجود این نقطه را حس کنید، چشم راست خود را با دست بپوشانید و به دایره قرمزی خیره شوید. سپس به تدریج صورتتان را به سمت صفحه کاغذ ببرید. مربع قرمز ناپدید خواهد شد.(می توانید چشم چپ را ببندید و به مربع خیره شوید. در این صورت دایره ناپدید می‌شود). یک روش ساده دیگر برای اطمینان از وجود این نقطه آن است که شست‌های دو دست خود را در کنار هم و در مقابل خود قرار دهید. شست چپ خود را به آرامی به سمت چپ ببرید و سعی کنید بینایی خود را روی شست راست متمرکز کنید. وقتی فاصله شست‌ها تقریباً به اندازه یک دست برسد، شست چپ شما ناپدید می‌شود. پس چشم آن قدرها هم که به نظر می‌رسد
بی‌نقص نیست.
لکه زرد: لکه زرد قلب بینایی رنگی ماست. درست است که ما در هنگام دیدن خود این لکه را احساس نمی‌کنیم اما در واقع کل بینایی دقیق ما توسط همین ناحیه کوچک تأمین می‌شود. وقتی کتاب می‌خوانید یا وقتی با دقت به چیزی نگاه می‌کنید، این لکه زرد است که به شما قدرت تفکیک مناسب می‌دهد؛ به همین علت افرادی که دارای لکه زرد آسیب دیده باشند، از نظر قانونی نابینا محسوب می‌شوند و اجازه انجام برخی کارها به آنها داده نمی‌شود. حالا می‌خواهیم کمی درباره گیرنده‌های نوری چشم صحبت کنیم، بعد ازآن دوباره به طور مفصل راجع به لکه زرد بحث خواهیم کرد. گیرنده‌های نوری شبکیه به دو دسته تقسیم می‌شوند: مخروط‌ها و میله‌ها. این نامگذاری بر اساس شکل تقریبی مقطع عرضی این گیرنده‌ها زیر میکروسکوپ انجام شده است. میله‌ها مسؤول بینایی ما در شب هستند و مخروط‌ها بینایی رنگی در روز را تامین می‌کنند. بیش از يكصد میلیون گیرنده در شبکیه وجود دارد. این گیرنده‌ها از بعضی جهات شبیه موهایی هستند که به عنوان گیرنده صوت در گوش کار می‌کنند، اما یک تفاوت عمده بین آنها وجود دارد: مخروط‌ها و میله‌ها در چشم توزیع شده‌اند و این به مغز کمک می‌کند تا بتواند موقعیت اشیا را نسبت به هم به سادگی درک کند در صورتی که برای تشخیص موقعیت منبع صوت با استفاده از گوش، به پردازش پیچیده‌تری نیاز داریم. چشم سیگنال‌های گیرنده‌های نوری را به مغز می‌فرستد. مغز با استفاده از این سیگنال‌ها نقشه‌ای از تصویر تشکیل شده روی شبکیه می‌سازد. این اتفاق بسیار شبیه آن چیزی است که در دوربین‌های دیجیتالی به کار می‌رود، اما یک تفاوت اساسی بین چشم و این دوربین‌ها وجود دارد که دانستن آن شما را شگفت‌زده خواهد کرد. در دوربین فاصله تمام نقاط با یکدیگر یکسان است. یعنی گیرنده‌های نور به طور یکنواخت توزیع شده‌اند، اما در چشم تقریباً تمام مخروط‌ها در لکه زرد قرار دارند. می‌توان گفت که در لکه زرد تقریباً هیچ میله‌ای وجود ندارد. به همین دلیل هر چه از لکه زرد دور شویم، دقت بینایی ما کاهش پیدا می‌کند. تقریباً شش میلیون مخروط در شبکیه ما قرار دارد. مخروط‌ها در محیط‌هایی که روشنایی خوب نیست (تاریک یا کم نور)، کارآیی چندانی ندارند. در این شرایط میله‌ها به کار می‌افتند. در چشم حدود 125 میلیون میله وجود دارد.
این بدان معنی است که حداکثر دقت بینایی ما در یک ناحیه بسیار کوچک متمرکز شده است. پس چطور ما این موضوع را حس نمی‌کنیم؟ چشم دائماً حرکت می‌کند. این حرکت باعث می‌شود تصویر نقاط مختلفی روی لکه زرد بیفتد و به این ترتیب جزئیات تمام ناحیه‌ای که در معرض دید ما قرار دارد، دیده می‌شود. مغز با استفاده از سیگنال‌هایی که قبلا دریافت کرده، جزئیات مربوط به نقاطی را که هم اکنون تصویر آنها روی لکه نیست، بازسازی می‌کند تا ما بتوانیم تصویر واضحی ببینیم. در داخل گیرنده‌های نوری چشم یک ماده شیمیایی وجود دارد که نسبت به تغییرات نور حساس است. این ماده را «رنگدانه بصری» می‌نامند. هر کدام از این رنگدانه‌ها نسبت به طول موج خاصی حساس هستند. گیرنده‌های نوری چشم نسبت به طول موج‌های 400 تا 700 نانومتر(تقریبا) واکنش نشان می‌دهند. میله‌ها و هر کدام از سه نوع مخروطی که در چشم ما قرار دارد رنگدانه خاص خود را دارند و در نتیجه هر کدام نسبت به طول موج خاصی عکس‌العمل نشان می‌دهند. این عکس العمل متفاوت، اساس بینایی رنگی ماست. چون نحوه کار میله‌ها ساده‌تر است، ما ابتدا آن را شرح می‌دهیم.
میله‌ها
رنگدانه‌ای که در میله‌ها وجود دارد نسبت به
طول موج‌های کوتاه حساس‌تر است یعنی نسبت به نورهای آبی واکنش شدیدتری نشان می‌دهد، به نموداري كه در ادامه مي آيد نگاه کنید.
در نمودار حساسیت نسبی میله‌ها و میانگین حساسیت سه نوع مخروط نشان داده شده است. از این نمودار چند نکته مهم مشخص می‌شود:
- اول اینکه میله‌ها نسبت به مخروط‌ها حساسیت بیشتری در مقابل روشنایی دارند. نمودار نشان می‌دهد که عکس العمل آنها نسبت به نور حدودا هزار بار بیشتر از مخروط‌هاست. یعنی آنها می‌توانند نوری را حس کنند که باید لااقل یکهزار بار قوی‌تر شود تا مخروط‌ها هم آن را حس کنند.
نکته دوم این است که قله منحنی حساسیت میله‌ها در وسط طیف مرئی قرار ندارد و به سمت چپ متمایل است. اگر بخواهیم کمی ساده‌تر بگوییم، بینایی ما در نور کم به نور آبی حساس‌تر است تا نور قرمز. شاید باور نکنید اما این نکته در طراحی کابین خلبان‌ها نقش مهمی دارد.
کابین خلبان
برای توضیح دادن این موضوع لازم است تا کمی بیشتر با نحوه کار گیرنده‌های نوری آشنا شوید. وقتی فوتون به یک گیرنده می‌رسد، رنگدانه بصری آن دچار نوعی تغییر شیمیایی می‌شود. پس از یک زمان کوتاه، سلول آن را مجدداً به وضعیت اولیه خود برمی‌گرداند، اما در این فاصله گیرنده حساسیت خود را موقتاً از دست می‌دهد. چشم ما این زمان را با توجه به روشنایی محیط تنظیم می‌کند. اگر مدت زیادی در آفتاب باشید و سپس به درون ساختمان بروید (یا برعکس)، چند ثانیه طول می‌کشد تا چشم شما با روشنایی این محیط جدید وفق پیدا کند. در چنین شرایطی، میله‌ها نسبت به مخروط‌ها زمان بیشتری لازم دارند تا با این شرایط سازگار شوند.
حالا فرض کنید که خلبان در شب مشغول هدایت هواپیماست. در این شرایط چشمان او با محیط تاریک وفق پیدا کرده‌اند تا بهتر بتواند ببیند. اما درعین حال لازم است که او عقربه‌ها و تجهیزات درون هواپیما را هم به خوبی ببیند. برای حل این مشکل تمامی چراغ‌های درون کابین خلبان قرمز ساخته می‌شوند. چرا؟ چون حساسیت میله‌ها نسبت به نور قرمز بسیار کم است، در نتیجه اختلالی در سازگاری چشم‌های خلبان با تاریکی بیرون ایجاد نمی‌شود. ولی مخروط‌ها چراغ‌های قرمز را به راحتی می‌بینند و در نتیجه خلبان می‌تواند به راحتی هر دو را مشاهده کند. در شب تشخیص جزئیات با استفاده از میله‌ها بسیار دشوار است، چون تعداد میله‌ها در لکه زرد - که مرکز بینایی ماست - بسیار کم است. اگر در شب مستقیماً به یک ستاره کم نور نگاه کنید آن را نخواهید دید، ولی اگر چشم خود را کمی منحرف کنید ستاره مجدداً ظاهر خواهد شد. اما اصلاً چرا لازم است که ما دو سیستم بینایی مستقل از هم داشته باشیم؟ زیرا هر دوی آنها در کار خود تخصص بسیار بالایی دارند؛ مخروط‌ها برای دید در روز که تفکیک رنگ و وضوح بالا مورد نیاز است و میله‌ها برای دید شبانه که تشخیص نور مهم‌تر از رنگ و وضوح آن است. واضح است که حیواناتی که یکی از این دو سیستم را ندارند، توانایی رقابت کمتری دارند. پستانداران که دارای هر دو سیستم هستند، می‌توانند هم در شب و هم در روز فعالیت کنند.
مخروط‌ها
در بیشتر انسان‌ها، چشم سه مخروط دارد که به طول موج‌های بلند، متوسط و کوتاه نور مرئی حساس هستند. این مخروط‌ها را به ترتیب قرمز، سبز و آبی می‌نامیم. مخروط‌ها در لکه زرد به طور فشرده در کنار هم قرار گرفته‌اند. تقریباً 64 درصد کل مخروط‌های چشم، مخروط‌های قرمز، 32 درصد آنها سبز و فقط 2درصد آنها آبی هستند، اما مخروط‌های آبی بیشترین حساسیت را دارند. در بیشتر نقاط چشم مخروط‌های قرمز، سبز و آبی به طور خوشه‌ای در کنار هم قرار گرفته‌اند، اما در لکه زرد تعداد مخروط‌های آبی به طرز چشمگیری کاهش می‌یابد. هنوز هیچ‌کس نمی‌داند که چرا این طور است.
چرا فقط سه مخروط؟
ما سه نوع مخروط داریم. سگ‌ها دو مخروط دارند و تعداد کمی از جانوران بیشتر از چهار مخروط دارند. نوعی میگو وجود دارد که دارای 10 نوع حسگر رنگی مختلف است. اگر چشم را با گوش مقایسه کنیم به نکته بسیار جالبی پی می‌بریم. چشم و گوش بسیار شبیه یکدیگر هستند و وظیفه هر دو آنها این است که یک محرک بیرونی را دریافت کنند و نتیجه را به صورت یک سیگنال به مغز ارسال کنند. ورودی هر دوی آنها امواج است. چشم، نور(امواج الکترومغناطیسی) را دریافت می‌کند و گوش، صوت (امواج فشاری) را. در گوش هزاران مو با طول‌های مختلف وجود دارد که نسبت به طول موج‌های مختلف یک موج فشاری(صدا) عکس‌العمل نشان می‌دهند، ولی در چشم فقط 3 نوع مخروط وجود دارد و همین 3 نوع مخروط نسبت به تمام طول موج‌ها عکس‌العمل نشان می‌دهند. چرا تعداد مخروط‌ها نیز مانند گیرنده‌های صدا زیاد نیست؟ اگر تنوع مخروط‌های چشم ما بیشتر بود مطمئناً جزئیات رنگی بیشتری را درک می‌کردیم، اما این کار به آن سادگی که ما فکر می‌کنیم نیست، چون:
- تعداد محدودی رنگدانه‌های بصری وجود دارد. بنابراین نمی‌توانیم به هر تعداد که بخواهیم تنوع حسگرهای رنگی خود را افزایش دهیم. به طور مثال میگویی که گفتیم برای جداسازی رنگ‌های مختلف از مایعات رنگی متفاوت استفاده می‌کند و نه از رنگدانه‌ها.
- وقتی گیرنده‌ای یک فوتون را دریافت می‌کند، گیرنده‌های دیگر نمی‌توانند آن را احساس کنند. پس اگر مخروط‌ها تنوع بیشتری داشتند حساسیت کلی چشم ما نسبت به نور کمتر می‌شد. این مشکل در گوش وجود ندارد، چون یک موج فشاری می‌تواند به طور همزمان توسط چند گیرنده صوتی مختلف احساس شود.
- چشم هر تصویر را به تعداد زیادی نقطه تفکیک می‌کند. اگر قرار باشد تعداد حسگرهای رنگی موجود در هر یک از این نقطه‌ها افزایش یابد، مساحت این نقطه بیشتر خواهد شد. چون فضای شبکیه چشم محدود است، تعداد این نقاط کاهش می‌یابد. واضح است که اکنون تصاویر با تعداد نقاط کمتری در چشم تشکیل می‌شود که این موجب کاهش وضوح تصویر خواهد شد. شاید بگویید این مشکل با کوچک کردن اندازه مخروط‌ها حل می‌شود، اما در این صورت هنوز مشکل قبلی باقی است.
- حتی اکنون که سه نوع گیرنده نوری در چشم ما وجود دارد، حجم زیادی از فعالیت عصبی برای تجزیه و تحلیل اطلاعات آن لازم است. حال فرض کنید که با زیاد شدن مخروط‌ها به چه میزان فعالیت عصبی نیاز داشتیم. به عنوان مثال میگو برای حل این مشکل تعداد گیرنده‌های رنگی خود را کاهش داده است. گیرنده‌های چشم او فقط در یک نوار باریک افقی قرار گرفته‌اند.
آبی؛ رنگ همیشه استثنایی
رنگ آبی ویژگی‌های منحصر به فرد فراوانی دارد، اول اینکه چشم تمایل دارد تا برای کانونی کردن نور ورودی، از پاسخ مخروط‌های قرمز و سبز استفاده کند. این کار یک مساله ایجاد می‌کند و آن این است که چون رنگ‌های مختلف در جاهای متفاوتی از چشم، کانونی می‌شوند، وقتی چشم خود را روی یک جسم غیرآبی رنگ متمرکز کنید، اجسام آبی رنگی که می‌بینید مبهم خواهد بود.
دوم اینکه قرنیه ما نور آبی را حدوداً دو برابر بیشتر از نورهای دیگر جذب می‌کند. به علاوه شبکیه هم تا حدودی همین اثر را دارد؛ (توجه کنید که سلول‌های عصبی چشم، جلوی گیرنده‌های نوری هستند و بخشی از نور را پیش از رسیدن به آنها جذب می‌کنند). با افزایش سن، چشمان شما از این نظر بدتر هم می‌شوند و نور آبی بیشتری را پیش از رسیدن به مخروط‌ها جذب می‌کنند، بنابراین توانایی انسان‌ها در تشخیص رنگ‌های آبی فقط 2درصد کل مخروط‌ها را تشکیل می‌دهد، اما حساسیت ما به نور آبی کمتر از نورهای دیگر نیست. به نظر می‌رسد که سیگنال خروجی مخروط‌های آبی در هنگام پردازش در مغز به نوعی تقویت می‌شود. ارسال نظر
پربیننده