چشم رنگی

● چرا ما بینایی رنگی داریم؟
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 و یا با کمک آن غذای خود را پیدا می‌کنند. پس اگر این حواس در یک گونه، قوی تر باشند، شانس بقای آن حیوان نیز بیشتر خواهد شد.
بسیاری از حیوانات (مثلاً سگها و گربه ها) بینایی رنگی ندارند. شاید این به آن دلیل است که جانوران در طی تکامل ویژگی هایی را حفظ می‌کنند که منافع آن در یک مدت زمان کوتاه حاصل شود. یعنی سگها و گربه‌ها بینایی رنگی را مفید نمی دانستند، ولی انسان‌ها چرا.
ما هرگز نمی توانیم در این باره با قطعیت اظهار نظر کنیم. اما می‌توان یک توجیه نسبتاً منطقی برای آن ارائه کرد. گربه سانان (گربه ، شیر ، پلنگ ، ببر و غیره) شکارچی هستند. طعمه آنها در دشت‌ها و مراتع زندگی می‌کند. پس بهتر است چشم آنها حرکت اشیاء 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 نمی کند، 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 پیچیده تر 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 تصمیم گیری کنند.
شکی نیست که اجداد ما هم حیواناتی بدون بینایی رنگی بوده اند. بنابراین می‌توان نتیجه گیری کرد که انجام بسیاری از فعالیت های پیچیده ای که چشم انجام می‌دهد مثلاً (شناختن یک دوست) بدون داشتن بینایی رنگی هم امکان پذیر است. در واقع تشخیص رنگ مهارتی است که ضروری نیست، اما زندگی را برای ما خوشایند می‌کند.
● چشم
چشم انسان با وجود کوچکی، اندام بسیار پیچیده ای است. چشم تقریبا یک اینچ (cm۲.۵۴) پهنا، یک اینچ عمق و ۰.۹ اینچ ارتفاع دارد. می‌خواهیم با هم قسمتهای مختلف چشم انسان را بررسی کنیم و تاثیر هر یک از آنها را در بینایی بیان کنیم.
معمولاً چشم را به دوربین عکاسی تشبیه می‌کنند. عدسی چشم را با لنز دوربین و شبکیه را با فیلم آن مقایسه می‌کنند. بر 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 گیرنده ای در آن وجود ندارد. تمام پایانه های عصبی خارج شده از گیرنده های 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
یک روش ساده دیگر برای اطمینان از وجود این نقطه آن است که شست های 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 آنقدرها هم که به نظر می‌رسد بی نقص نیست.
لکه زرد - لکه زرد قلب بینایی رنگی ماست. درست است که ما در هنگام دیدن خود این لکه را احساس نمی کنیم. 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 نمی شود. حالا می‌خواهیم کمی درباره گیرنده های نوری چشم صحبت کنیم ، بعد ازآن دوباره بطور مفصل راجع به لکه زرد بحث خواهیم کرد.
● گیرنده های نوری - مخروط‌ها و میله ها
گیرنده های نوری شبکیه به دو دسته تقسیم می‌شوند، مخروط‌ها و میله ها. این نام گذاری بر اساس شکل تقریبی مقطع عرضی این گیرنده‌ها زیر میکروسکوپ انجام شده است. میله‌ها مسئول بینایی ما در شب هستند و مخروط‌ها بینایی رنگی در روز را تامین می‌کنند. بیش از صد 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 شده اند و این به مغز کمک می‌کند تا بتواند موقعیت اشیاء را نسبت به هم به سادگی درک کند. در صورتی که برای تشخیص موقعیت منبع صوت با استفاده از گوش، به پردازش پیچیده تری نیاز داریم.
چشم سیگنالهای گیرنده های نوری را به مغز می‌فرستد. مغز با استفاده از این سیگنالها نقشه ای از تصویر تشکیل شده بر روی شبکیه می‌سازد. این اتفاق بسیار شبیه آن چیزی است که در دوربین های دیجیتالی به کار می‌رود، اما یک تفاوت اساسی بین چشم و این دوربین‌ها وجود دارد که دانستنش شما را شگفت زده خواهد کرد.
در دوربین فاصله تمام نقاط با یکدیگر یکسان است. یعنی گیرنده های نور به طور یکنواخت توزیع شده اند. اما در چشم تقریباً تمام مخروط‌ها در لکه زرد قرار دارند. می‌توان گفت که در لکه زرد تقریباً هیچ میله ای وجود ندارد. به همین دلیل هر چه از لکه زرد دور شویم، دقت بینایی ما کاهش پیدا می‌کند. در شکل یک تراکم مخروط‌ها و میله‌ها بر حسب فاصله از لکه زرد نشان داده شده است. تقریباً ۶ میلیون مخروط در شبکیه ما قرار دارد. مخروط‌ها در محیط هایی که روشنایی خوب نیست (تاریک و یا کم نور)، کارآیی چندانی ندارند. در این شرایط میله‌ها به کار می‌افتند. در چشم حدود ۱۲۵ 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 نمی کنیم؟ چشم دائماً حرکت می‌کند. این حرکت باعث می‌شود که تصویر نقاط مختلفی روی لکه زرد بیافتد و به این ترتیب جزئیات تمام ناحیه ای که در معرض دید ما قرار دارد، دیده می‌شود. مغز با استفاده از سیگنالهایی که قبلاً 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 گیرنده های 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. گیرنده های نوری چشم نسبت به طول موجهای ۴۰۰ تا ۷۰۰ 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 عکس العمل نشان می‌دهند. این عکس العمل متفاوت، اساس بینایی رنگی ماست.
● میله ها
رنگدانه ای که در میله‌ها وجود دارد نسبت به طول موج های کوتاه حساس تر است یعنی نسبت به نورهای آبی واکنش شدیدتری نشان می‌دهد،
▪ کابین خلبان
برای توضیح دادن این موضوع لازم است تا کمی بیشتر با نحوه کار گیرنده های نوری آشنا شوید. وقتی فتون 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 بر می‌گرداند، اما دراین 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 کرده اند، 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 نمی شود. 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 مهم تر 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.
● مخروط ها
در اکثر 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 گرفته اند. تقریباً ۶۴% کل مخروط های چشم، مخروط های قرمز، ۳۲% آنها سبز و فقط ۲% آنها آبی هستند؛ اما مخروط های آبی بیشترین حساسیت را دارند. در بیشتر نقاط چشم مخروطهای قرمز، سبز و آبی به طور خوشه ای در کنار هم قرار گرفته اند، اما در لکه زرد تعداد مخروط های آبی به طرز چشمگیری کاهش می‌یابد. هنوز هیچ کس نمی داند 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 ۱۰ نوع حس گر 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 اینست 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 طول های مختلف وجود دارد که نسبت به طول موج های مختلف یک موج فشاری(صدا) عکس العمل نشان می‌دهند، ولی در چشم فقط ۳ مخروط وجود دارد و همین ۳ نوع مخروط نسبت به تمام طول موجها عکس العمل نشان می‌دهند. چرا تعداد مخروط‌ها نیز مانند گیرنده های صدا زیاد نیست؟ اگر تنوع مخروط های چشم ما بیشتر بود مطمئناً جزئیات رنگی بیشتری را درک می‌کردیم، اما این کار به آن سادگی که ما فکر می‌کنیم نیست؛ چون:
۱) تعداد محدودی رنگدانه های بصری وجود دارد. بنابراین نمی توانیم به هر تعداد که بخواهیم تنوع حس گرهای رنگی خود را افزایش دهیم. به طور مثال میگویی که گفتیم برای جداسازی رنگ های مختلف از مایعات رنگی متفاوت استفاده می‌کند و نه از رنگدانه ها.
۲) وقتی گیرنده ای یک فوتون را دریافت می‌کند، گیرنده های دیگر نمی توانند 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.
۳) چشم هر تصویر را به تعداد زیادی نقطه تفکیک می‌کند. اگر قرار باشد تعداد حس گرهای 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 باقیست.
۴) 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 گیرنده های رنگی خود را کاهش داده است. گیرنده های چشم او فقط در یک نوار باریک افقی قرار گرفته اند.
● آبی، رنگ همیشه استثنایی
رنگ آبی ویژگی های منحصر به فرد فراوانی دارد. اول اینکه چشم تمایل دارد تا برای کانونی کردن نور ورودی ، از پاسخ مخروط های قرمز و سبز استفاده کند. این کار یک مسئله ایجاد می‌کند و آن اینست که چون رنگهای مختلف در جاهای متفاوتی از چشم، کانونی می‌شوند، وقتی چشم خود را روی یک جسم غیر آبی 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 سلول های عصبی چشم، جلوی گیرنده های 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 ۲% کل مخروط‌ها را تشکیل می‌دهند، اما حساسیت ما به نور آبی کمتر از نورهای دیگر نیست. به نظر می‌رسد که سیگنال خروجی مخروط های آبی در هنگام پردازش در مغز به نوعی تقویت می‌شود.
● طلوع خورشید
در دهه ۱۸۶۰ مونه، رنوار و تعدادی نقاش دیگر سبکی را پایه گذاری کردند که بعدها " امپرسیونیسم " نام گرفت. این اسم از نام یکی از آثار کلود مونه (Claude Monet) گرفته شده بود که طلوع خورشید در یک بندر را نشان می‌دهد. او تابلوی خود را " اثر: طلوع خورشید " ( Impression: sunrise ) نامیده بود. بیایید با هم نگاهی به نقاشی او بیندازیم تا ببینیم چه ویژگی خاصی دارد، و او چگونه این ویژگی را به وجود آورده است؟
بسیاری از کسانی که به نقاشی نگاه می‌کنند، احساس می‌کنند که خورشید حرکت موجی شکل یا نوسانی دارد. چرا؟ روشنایی خورشید و ابرهای خاکستری اطراف آن تقریباً یکسان است، یعنی از نظر میله‌ها این دو تفاوتی با هم ندارند. اما چون رنگ آنها متفاوت است، مخروطها آنها را متمایز از هم تشخیص می‌دهند. ( با حرکت دادن کلید پایین تابلو می‌توانید رنگ آن را حذف کنید. اگر دوباره روی نقاشی کلیک کنید، تابلو مجدداً به وضع اولیه خود برمی گردد).
پس خورشید توسط قسمتهای مختلف چشم ما، به دو صورت متفاوت درک می‌شود. از نظر میله‌ها تمایزی بین خورشید و ابرها وجود ندارد؛ اما از نظر مخروطها وضعیت کاملاً طبیعی است. در بیشتر اوقات، پیام ارسال شده از مخروطها توسط مغز ترجیح داده می‌شود، اما اگر مدتی به نقاشی خیره شوید، این دوگانگی ادراک باعث می‌شود که مرزهای خورشید محو و مجدداً ظاهر شوند.
▪ وضعیت خورشید تخصص گیرنده
▪ تقریباً نامرئی تشخیص حرکت و مکان میله ها
▪ یک دایره نارنجی تشخیص رنگ مخروطها
اگر مونه خورشید را کمی روشنتر یا کمی تیره تر می‌کشید، نقاشی این ویژگی را نداشت. ( شما می‌توانید با جابجا کردن کلید پایینی خودتان این کار را انجام دهید.) در آن حالت، هر دو بخش چشم ما خورشید را متفاوت از اطراف آن حس می‌کردند. در نتیجه دیگر این وضعیت نوسان در خورشید دیده نمی شد.
نقاشی بالا هم اثر دیگری از مونه را نشان می‌دهد که همین ویژگی را دارد. در این تابلو، به نظر می‌رسد که موقعیت گل‌ها نامشخص است. اکثر بینندگان احساس می‌کنند که گل‌ها در باد حرکت می‌کنند. در این جا هم اگر رنگ را به تدریج حذف کنید، مشاهده می‌کنید که گلها کم کم محو می‌شوند. گل‌ها و زمینه پشت آنها از نظر میله‌ها یکسان هستند چون روشنایی یکسانی دارند، اما تفاوت رنگی آنها باعث می‌شود مخروطها آنها را متفاوت احساس کنند. اگر مونه رنگ دیگری را انتخاب می‌کرد، این احساس حرکت در ما القا نمی شد و گلها ساکن و بی حرکت به نظر می‌رسیدند.

صادق بهداد

منبع : مدرسه اینترنتی تبیان