Цветоощущение возникает при действии на зрительный анализатор электромагнитных волн определенной длины. Видимая часть спектра ограничена длинами волн от 390 до 760 нм. Волны длиной меньше 390 нм и больше 760 нм обычно невидимы глазом человека. Однако нормальный глаз в исключительных случаях видит в пределах от 302 до 950 нм, а при удалении хрусталика — даже до 290 нм. В пределах видимой части спектра каждый из его участков вызывает определенные цветовые ощущения, которые соответствуют следующим длинам волн в нанометрах: красный — 620-760, оранжевый — 585-620, желтый — 575-585, зелено-желтый — 550-575, зеленый — 510-550, голубой — 480-510, синий — 450-480, фиолетовый — 390-450.
Смешение цветов. При быстром вращении диска, на который нанесены все цвета спектра, получается серый цвет. В естественных условиях белый солнечный луч содержит все цвета спектра.
Все зрительные ощущения разделяются на ахроматические и хроматические. К ахроматическим относятся белый, черный и все оттенки серого, расположенные между белым и черных: В этом ряду изменение ощущений происходит по светлоте, т. е. по степени приближения к белому, по относительной яркости.
Кроме светлоты, хроматические цвета имеют еще две характеристики: цветной тон и насыщенность. Цветным тоном обозначается то, что отличает данный цвет от серого цвета той же светлоты. Иначе говоря, различия цвета и являются цветным тоном, например красный, оранжевый, желтый, зеленый и т. д. Ахроматические ощущения цветного тона не имеют. Насыщенностью обозначается видимая степень отличия данного цвета от одинакового Но светлоте серого цвета. Цвета могут быть одинаковыми по цветному тону и светлоте, но отличаться по насыщенности, например кумач и кирпич. Следовательно, насыщенность — это интенсивность цвета.
Наш глаз в естественных условиях одновременно раздражается лучами разной длины волны. При этом получается оптическое смешение цветов, обусловленное тем, что в одном и том же участке сетчатки одновременно происходят процессы, вызванные действием лучей разной длины волны.
При смешении в определенных отношениях красного, зеленого и синего могут быть получены ощущения всех цветов. Поэтому красный, зеленый и синий называются основными цветами.
Расстройства зрения. Существуют различные расстройства ахроматических и хроматических ощущений. Наиболее часто встречается гемералопия. Причинами гемералопии нередко являются недостаток в пище витамина А и длительная работа при чрезмерно ярком освещении.
Цветная слепота проявляется в следующих формах: 1) общем ослаблении цветоощущений; 2) потере ощущений определенных цветов; 3) полной потере цветоощущений.
Общее ослабление цветоощущений проявляется в том, что цвета различаются только при более сильных раздражениях глаза, при большей их светлоте и насыщенности и при более продолжительном действии на глаз. Цветовая адаптация наступает быстрее.
Потеря ощущений определенных цветов чаще всего встречается в виде потери способности различать красный и зеленый цвета. Вся красно-оранжево-желто-зеленая часть спектра видна как желтая, а голубовато-сине-фиолетовая — как голубая. В области голубовато-зеленого имеется ахроматическое место. В этой группе различаются протанопы и девтеранопы. Протанопы не отличают светло-красный от темно-зеленого, а пурпурный и фиолетовый от синего. Протанопией страдал химик Дальтон. Поэтому ее называют еще дальтонизмом. Девтеранопы не различают светло-зеленый от темно-красного и фиолетовый от голубого. Гораздо реже встречаются тританопы, которые не различают желтовато-зеленый от синевато-зеленого и пурпурный от оранжево-красного. Страдающий полной цветной слепотой различает цвета лишь по светлоте. Весь мир для него бесцветен. Цветная слепота встречается приблизительно у 8-10% мужчин и у 0,5% женщин. Дальтонизм встречается приблизительно у 4-5% всех мужчин. В большинстве случаев цветная слепота врожденная.
Зрительные контрасты. После длительного рассматривания цветного предмета и перевода взора на белый фон можно на этом фоне видеть тот же предмет, но окрашенный в дополнительный цвет. Например, после рассматривания красного предмета на белом фоне виден зеленый предмет, после рассматривания синего — желтый, белого — черный (последовательные цветные и бесцветные образы).
При длительном рассматривании цветного предмета, находящегося на белом фоне, вокруг него виден дополнительный цвет. Например, при длительном рассматривании красного квадрата на белом фоне вокруг него отчетливо виден зеленый, а вокруг синего виден желтый. При рассматривании белого квадрата на сером фоне вокруг него серый фон становится более темным. Эти явления основаны не только на процессах, происходящих в сетчатке, но главным образом на явлениях последовательной и одновременной индукции в больших полушариях, в зрительном анализаторе.
Теории цветного зрения. Большинством признается трехкомпонентная теория цветного зрения Юнга — Гельмгольца. Основы этой теории были изложены М. В. Ломоносовым (1756).
Согласно этой теории, в сетчатке есть три вида колбочек, каждый из которых содержит особое цветореактивное вещество. Благодаря содержанию различных цветореактивных веществ одни колбочки обладают повышенной возбудимостью к насыщенному красному цвету, другие — к насыщенному зеленому, третьи — к насыщенному сине-фиолетовому.
Предполагается, что существуют колбочки, реагирующие только на действие световых волн определенной длины (модуляторы) и на волны более широкого диапазона (доминаторы), а восприятие красного, зеленого и сине-фиолетового — результат совместной реакции трех группировок разных модуляторов (Р. Гранит, 1955).
В зрительном нерве существуют три особые группы нервных волокон, каждая из которых проводит афферентные импульсы от одной из групп колбочек. В естественных условиях свет действует не на одну из групп колбочек, а на две или даже три группы, при этом волны различной длины возбуждают их в различной степени.
Характер цветового ощущения обусловлен физиологическими процессами в зрительном анализаторе. При отведении потенциалов от отдельных волокон зрительного нерва наибольшая электрическая активность обнаружена на участках оранжевого, зеленого и сине-фиолетового. Трехкомпонентная теория подтверждается электрофизиологическими исследованиями. Доказано, что возбудимость зелено- и синереактивных элементов сетчатки возрастает при увеличении тонуса симпатической системы, а возбудимость краснореактивных элементов возрастает при увеличении тонуса парасимпатической системы. Анэлектротон изменяет цветовую возбудимость так же, как симпатикотропные вещества и ионы кальция, а катэлектротон — как парасимпатикотропные и ионы калия. Колбочки, содержащие зеленореактивное вещество, содействуют возбуждению содержащих сине-реактивное вещество и снижают возбуждение содержащих краснореактивное (С. В. Кравков, 1947). Однако недавно выдвинута двухкомпонентная теория на том основании, что все цветоощущения получаются при совмещении на экране двух позитивов: желтовато-зеленого и оранжево-красного (Э. Лэнд).
По мнению П. Л. Лазарева, цветоощущения возникают при достаточной концентрации ионов, которые образуются при фотохимическом распаде трех светореактивных веществ, имеющих различные спектры поглощения. При воздействии белого цвета концентрация ионов, образовавшихся из всех трех веществ, одинаково велика. Цветоощущения возникают при неодинаковой концентрации ионов.
Вторая теория цветоощущения — Э. Геринга (1872) — исходит из особенностей восприятия цветов спектра. Согласно этой теории существуют простые цвета: красный, желтый, зеленый, синий, белый, черный. Основные зрительные ощущения являются результатом процессов диссимиляции и ассимиляции, происходящих в трех светореактивных веществах.
При вызываемой действием световых лучей диссимиляции этих веществ возникают ощущения белого, красного и желтого. При действии других световых лучей происходит ассимиляция этих веществ, что дает ощущения черного, зеленого и синего. Когда два дополнительных цвета одновременно вызывают ассимиляцию и диссимиляцию, они уравновешивают друг друга и остаются только химические процессы в бело-черном веществе, т. с. серый цвет. При действии на каждый глаз различных цветов получается бинокулярное смешение цветов. Этот факт указывает на то, что основную роль в возникновении цветоощущений играют процессы, протекающие в зрительном анализаторе больших полушарий.