نظریه‌های دید رنگ

در گذشته دو نظریهٔ عمده در زمینهٔ دید رنگ ارائه شده است. اولی نخستین‌بار توسط توماس‌یانگ (Thomas Young) به‌سال ۱۸۰۷ ارائه شد. پنجاه سال بعد هرمان فون هلمهولتس (Hermann von Helmholtz) نظریهٔ یانگ را گسترش داد.

طبق نظریهٔ یانگ - هلمهولتس، یا نظریهٔ سه‌فامی، اگرچه آدمی می‌تواند رنگ‌های بسیار گوناگونی را تمیز دهد، ولی تنها سه نوع گیرندهٔ رنگ (مخروط) دارد. هر گیرنده‌ای به دامنهٔ گسترده‌ای از طول موج حساس است اما به دامنهٔ محدودی بیشترین حساسیت را دارد. همانطور که در شکل نظریه‌ٔ سه‌فامی نشان داده شده، گیرندهٔ موج‌های کوتاه به‌طول موج‌های کوتاه (رنگ‌های آبی)، گیرندهٔ مو‌ج‌های متوسط به‌طول موج‌های متوسط (سبز و زرد)، و گیرندهٔ موج‌های بلند به‌طول موج‌های بلند (رنگ‌های قرمز) حداکثر حساسیت را دارد. احساس رنگ، حاصل عمل مشترک این سه نوع گیرنده است. به‌عبارت دیگر، نوری با طول موج خاص، هر سه گیرنده را به درجات مختلف تحریک می‌کند، و نسبت معینی از فعالیت در هریک از این سه گیرنده موجب احساس رنگ خاصی می‌شود. از این‌رو، با توجه به بحث قبلی دربارهٔ رمزگردانی کیفیت، می‌توان گفت در نظریهٔ سه‌فامی چنین فرض می‌شود که کیفیت رنگ به‌صورت طرحی از فعالیت در سه گیرنده رمزگردانی می‌شود، نه آنکه فعالیت گیرندهٔ خاصی، رنگ معینی را رمزگردانی کند.

این شکل، منحنی‌های پاسخ گیرنده‌های امواج کوتاه، متوسط، و بلند را طبق نظریهٔ سه‌فامی نشان می‌دهد. با استفاده از این منحنی‌ها می‌توان پاسخ منسبی هریک از گیرنده‌ها را به‌طول موج معینی، مشخص کرد. در مثالی که در این شکل ارائه شده، پاسخ هر گیرنده به نور ۵۰۰ نانومتری به این نحو تعیین می‌شود که خطی عمود از نقطهٔ مربوط به طول موج ۵۰۰ نانومتر رسم کنیم و ببینیم این خط در چه نقطه‌ای هریک از منحنی‌ها را قطع می‌کند (اقتباس از والد - Wald و براون ـ Brown در ۱۹۶۵).

نظریهٔ سه‌فامی، واقعیت‌هائی را که قبلاً در مورد دیدرنگ ذکر کردیم تبیین می‌کند. نخست اینکه می‌توانیم طول مو‌ج‌های مختلف را تمیز دهیم، چون هریک به پاسخ‌های متفاوتی در سه گیرنده منجر می‌شود. دوم آنکه می‌توان قانون سه‌فام اصلی را مستقیماً از نظریهٔ سه‌فامی استنتاج کرد. می‌توانیم همتای هر رنگی را با آمیزش رنگ‌هائی به‌طول موج‌های دور از هم به‌وجود آوریم، زیرا سه طول موجی که فاصلهٔ زیاد از یکدیگر دارند، هر سه گیرندهٔ مختلف را فعال می‌کنند، و این خود امکان ادراک رنگ نمونه را فراهم می‌کند (مثال دیگری از اهمیت ترکیب سه‌عنصری). نکتهٔ سوم اینکه نظریهٔ سه‌فامی می‌تواند انواع کاستی‌های دید رنگ را برمبنای این فرض توجیه کند که شخص مبتلا فاقد یک یا چند گیرنده است: دوفامی‌ها بدون یکی از سه گیرنده و تک‌فامی‌ها بدون دو گیرنده از سه گیرنده زاده شده‌اند. افزون بر تبیین این واقعیت‌های آشنا، نظریهٔ سه‌فامی، پژوهشگران زیست‌شناس را به جستجوی موفقیت‌آمیز سه نوع گیرندهٔ رنگ هدایت کرده، و درنتیجهٔ این پژوهش‌ها اکنون می‌دانیم سه نوع مخروط در شبکیهٔ انسان وجود دارد.

نظریهٔ سه‌فامی، به‌رغم موفقیت‌هائی که داشته، نمی‌تواند برخی از یافته‌های مسلم پدیدارشناسی رنگ را تبیین کند. در سال ۱۸۷۸ ایوالد هرینگ (Ewald Hering) ملاحظه کرد که از نظر پدیدارشناختی تمام رنگ‌ها را می‌توان برمبنای احساس یک یا دو رنگ از میان رنگ‌های قرمز، سبز، زرد، و آبی توصیف کرد. هرینگ همچنین متوجه شد که هیچ رنگی به رنگ سبز مایل به قرمز یا آبی مایل به زرد ادراک نمی‌شود، بلکه مخلوطی از قرمز و سبز ممکن است زرد به‌نظر آید، و آمیزه‌ای از زرد و آبی، سفید جلوه کند. این مشاهدات حاکی از این بودند که قرمز و سبز یک جفت متضاد (opponent pair) و زرد و آبی نیز جفت متضاد دیگری را تشکیل می‌دهند، و هر دو رنگی که یک جفت متضاد می‌سازند همزمان با هم ادراک نمی‌شوند. شواهد بیشتر در تأیید مفهوم جفت‌های متضاد از مطالعاتی به‌دست آمده که در آنها آزمودنی ابتدا به نوری رنگی خیره می‌شود و سپس به صفحه‌ای بی‌فام (neutral) چشم می‌دوزد. در این حالت، آزمودنی گزارش می‌کند که بر صفحهٔ بی‌فام، رنگی را می‌بیند مکمل رنگی که به آن خیره شده بود (شکل پس‌تصویرهای مکمل).

یک دقیقه بدون وقفه به نقطه‌ای در مرکز رنگ‌ها نگاه کنید، و سپس نگاه خود را به نقطه‌ای در مربع خاکستری‌رنگ سمت راست متوجه کنید. در این حالت باید تصویر تاری به رنگ‌های مکمل رنگ‌های تصویر قبلی ببینید، یعنی رنگ‌های آبی، قرمز، سبز، و زرد جای خود را به رنگ‌های زرد، سبز، قرمز و آبی می‌دهند.

این مشاهدات پدیدارشناختی، هرینگ را به پیشنهاد نظریهٔ دیگری در زمینهٔ دیدرنگ، به‌نام نظریهٔ رنگ‌های متضاد سوق داد. هرینگ معتقد بود که دستگاه بینائی حاوی دو نوع واحد حساس به رنگ است. یکی از این واحدها به قرمز یا سبز، و دیگری به آبی یا زرد پاسخ می‌دهد. هریک از این دو واحد به رنگ متضاد مربوط به‌خود در جهت عکس پاسخ می‌دهد: مثلاً واحد قرمز - سبز وقتی رنگ قرمز ارائه شود بر سرعت پاسخ‌دهی می‌افزاید و وقتی رنگ سبز ارائه شود از سرعت پاسخ‌دهی می‌کاهد. چون واحد معینی نمی‌تواند همزمان در دو جهت پاسخ دهد اگر دو رنگ متضاد همزمان ارائه شوند، رنگ سفید ادراک می‌شود (شکل نظریه فرآیندهای متضاد). به این ترتیب، نظریهٔ رنگ‌های متضاد می‌تواند مشاهدات هرینگ در مورد رنگ، و نیز برخی واقعیت‌های دیگر را تبیین کند. این نظریه علت دیدن فام‌ها را توضیح می‌دهد. هرگاه تنها یک واحد رنگ‌های متضاد نامیزان شود، ما فقط فام خاصی، مثلاً قرمز یا سبز، و یا زرد یا آبی، را ادراک می‌کنیم، و هر وقت هر دو واحد رنگ‌های متضاد نامیزان شوند، ما ترکیباتی از فام‌ها را می‌بینیم. هیچ‌چیز به رنگ قرمز مایل به سبز یا آبی مایل به زرد ادراک نمی‌شود زیرا واحد معینی نمی‌تواند همزمان به دو نحو پاسخ دهد. به‌علاوه، این نظریه تبیینی است از اینکه وقتی ابتدا به یک نور رنگی و سپس به سطحی بی‌فام خیره نگاه کنیم، رنگ مکمل نور اولیه دیده می‌شود. به این ترتیب که وقتی آزمودنی ابتدا به رنگ قرمز خیره شود، جزء قرمز واحد زوجی خسته می‌شود، و درنتیجه، در مرحلهٔ بعد جزء سبز واحد فعال می‌شود.

این نمودار نشان می‌دهد که چگونه براساس فرآیند متضاد به نوری با طول موج معین پاسخ داده می‌شود. این نور که طول موج آن ۴۵۰ نانومتر است در بخش موج کوتاه طیف قابل رؤیت قرار دارد. چنین نوری بر هر دو سامانهٔ (system) آبی - زرد و قرمز - سبز اثر می‌گذارد، و سامانهٔ آبی - زرد را در جهت آبی و سامانهٔ قرمز - سبز را در جهت قرمز می‌برد. فام حاصل، آمیزهٔ قرمز و آبی، یعنی بنفش، خواهد بود (اقتباس از هورویچ - Hurvich و جیمسون - Jameson در ۱۹۵۷).

بنابراین، ما دو نظریه دربارهٔ دیدرنگ داریم: نظریهٔ سه‌فامی و نظریهٔ رنگ‌های متضاد. هریک از این دو نظریه در تبیین برخی پدید‌‌ه‌ها موفق و در موارد دیگر ناموفق بوده‌اند. چندین دهه این دو نظریه رقیب هم تلقی می‌شدند تا آنکه محققان پیشنهاد کردند این دو نظریه به‌صورت یک نظریهٔ دومرحله‌ای با هم تلفیق شوند. طبق این نظریهٔ دومرحله‌ای، سه نوع گیرندهٔ مورد بحث در نظریهٔ سه‌فامی، اطلاعات را به واحدهای رنگ‌های متضاد در سطوح بالاتر دستگاه بینائی می‌رسانند (هورویچ و جیمسون، ۱۹۵۷). از این نظریهٔ تلفیقی چنین برمی‌آید که می‌باید نورون‌هائی در دستگاه بینائی وجود داشته باشند که در نقش واحدهای رنگ‌های متضاد عمل کنند و نیز در سطحی بالاتر از شبکیه (که حاوی سه نوع گیرندهٔ نظریهٔ سه‌فامی است) قرار گرفته باشند. این قبیل نورون‌های ویژهٔ رنگ‌های متضاد در تالاموس (thalamus) که ایستگاه رابط بین شبکیه و قشر بینائی است، کشف شده‌اند (دیوالوا - DeValois و جیکوبس - Jacobs در ۱۹۸۴).

این یاخته‌ها به‌طور خودانگیخته فعال هستند و در پاسخ به دامنهٔ معینی از طول موج‌ها به فعالیت خود می‌افزایند و در پاسخ به دامنه‌ای دیگر، از آن می‌کاهند. بنابراین، یاخته‌های خاصی که در سطوح بالاتر دستگاه بینائی قرار دارند اگر شبکیه با نور آبی تحریک شود سریع‌تر شلیک می‌کنند و اگر شبکیه با نور زرد تحریک شود با سرعت کمتری شلیک می‌کنند. به‌نظر می‌رسد این یاخته‌ها اساس زیستی زوج متضاد آبی - زرد باشند.

پژوهش‌های یادشده دربارهٔ دیدرنگ، مثال بارزی است از تعامل بین دیدگاه‌های روانشناختی و زیست‌شناختی در بررسی یک پدیده. نظریهٔ سه‌فامی بیان می‌کرد که باید سه‌نوع گیرندهٔ رنگ وجود داشته باشد و پژوهش‌های زیست‌شناختی بعدی هم ثابت کرد که سه نوع مخروط در شبکیه وجود دارد. در نظریهٔ رنگ‌های متضاد گفته می‌شد که باید واحدهائی از نوعی دیگر نیز در دستگاه بینائی وجود داشته باشند و بعدها پژوهشگران زیست‌شناس، نورون‌های رنگ‌های متضاد را در تالاموس کشف کردند. علاوه بر این، تلفیق موفقیت‌آمیز دو نظریه مستلزم این بود که یاخته‌های سه‌فامی اطلاعات را به یاخته‌های رنگ‌های متضاد برسانند، و این نکته‌ای بود که بعداً در پژوهش‌های زیست‌شناختی تأیید شد. بنابراین، در موارد بسیار، کارهای برجسته در روانشناسی راه را برای اکتشافات زیست‌شناختی هموار ساختند. به‌همین دلیل، تعجب نمی‌کنیم از اینکه دانشمندان بسیاری تحلیل دیدرنگ را الگوئی برای تحلیل دستگاه‌های حسی دیگر قرار داده‌اند.