Все это, конечно, трудно объяснить, пользуясь классической теорией цвета — суждением Ньютона об инвариантной связи между длиной волны падающих в глаз световых лучей и цветом с последующей передачей полученной информации от сетчатки к мозгу и ее трансформировании в цветовое ощущение.
Несколько позже учение Ньютона побудило немецкого поэта Иоганна Вольфганга Гете приняться за исследование цвета исходя из собственных взглядов, в результате чего возникли физиологическая оптика и учение о психологическом воздействии света. В конце XX века Гете обратил внимание на несовместимость классической цветовой теории с реальностью. Он чувствовал, что учение о цвете должно объяснять феномен цветных теней, окрашенность последовательных образов и влияние освещения на восприятие цвета, а также в существование цветных и других зрительных иллюзий. «Оптическая иллюзия, — говорил Гете, — есть оптическая истина». Чтобы понять пути восприятия цвета человеком, чтобы понять зрительные иллюзии, одной физики Ньютона недостаточно. Для этого понимания, считал Гете, нужно еще изучить свойства мозга. «Визуальная иллюзия есть неврологическая действительность», — говорил он.
Цветовая теория Гете, которую он по значимости приравнивал к своим литературным творениям, была тем не менее раскритикована его современниками, посчитавшими ее псевдонаучной, и она несколько десятилетий пребывала в забвении. О ней вспомнили в конце XIX столетия благодаря усилиям Гельмгольца, который стал читать лекции о цветовой теории Гете. Гельмгольц отдавал должное «цветовому постоянству» предметов, благодаря которому, как он полагал, люди знают, как эти предметы выглядят вне зависимости от длины волны падающих на них световых лучей. Длина волны, отражаемая, к примеру, яблоком, а значит, и его цвет зависят от освещения но тем не менее мы видим его красным. Такое видение, — считал Гельмгольц, — не просто результат перехода длины волны в цвет, но и «бессознательное умозаключение», или «акт суждения». «Цветовое постоянство», по Гельмгольцу, есть явление, благодаря которому человек выделяет перцепционный мир из хаотичного сенсорного потока, — мир, который не стал бы явью, если бы ощущения человека были лишь отражением непредсказуемых и непостоянных данных, воспринимаемых рецепторами.
Таинством цветного зрения интересовался и современник Гельмгольца Джеймс Клерк Максвелл. Он сформулировал понятие смешивания цветов, изобретя цветной волчок, поверхность которого, окрашенная в разные цвета, при вращении превращалась в серую, а также цветной треугольник, с помощью которого оказалось возможным получить любой цвет путем различного смешивания трех основных цветов. Эти предварительные работы позволили Максвеллу в 1861 году произвести эффектную демонстрацию получения цветного изображения. Съемка цветного объекта (радуги) проводилась с помощью красного, зеленого и фиолетового светофильтров на не-сенсибилизированную фотопластинку, а затем черно-белые цветоотделенные позитивы через эти же светофильтры проецировались на экран, на котором вспыхнула радуга со всеми присущими ей цветами. Произведя этот опыт, Максвелл задавался и мыслью, как эти цвета воспринимаются мозгом: сложением цветоотделенных изображений или их невральными коррелятами.[18]
В 1957 году, почти через сто лет после эффектной демонстрации Максвеллом цветного изображения, Эдвин Лэнд, изобретатель полароида, произвел еще более эффектную демонстрацию такого изображения. Но, в отличие от Максвелла, он сделал только два черно-белых слайда (используя фотоаппарат с расщеплением луча, так что оба снимка были сделаны в одно и то же время из одной точки через одни и те же линзы) и спроецировал изображения на экран с помощью двухлинзового проектора. При съемке Лэнд использовал два фильтра: красный, пропускавший только длинноволновую часть спектра, и зеленый, пропускавший более коротковолновую часть спектра. При проецировании на экран длинноволнового слайда использовался красный луч из длинноволновой части спектра, а для другого слайда — луч белого света. Ожидалось, что на экране появится бледно-розовое изображение. Однако на экране неожиданно появилась цветная фотография женщины, блондинки с голубыми глазами и естественным цветом кожи в красном пальто с сине-зеленым воротником.
Демонстрация Лэндом получения цветного изображения поразила своей простотой и походила на цветную иллюзию, о которой говорил Гете, — иллюзию, продемонстрировавшую неврологическую правду того, что цвета не самостоятельные субстанции и не автоматическая корреляция длины волны луча света, вызывающие ощущение определенного цвета, а субстрат мозга.
Этот эксперимент выглядел как аномалия и не укладывался в существовавшую цветовую теорию, но и не породил новой. Более того, казалось возможным, что знание зрителем существующих цветов может влиять на его восприятие.
Чтобы показать, что не существует ключа для предсказания цвета, который будет увиден, Лэнд решил заменить привычные, естественные изображения окружающего мира абстрактной многоцветной мозаикой, представлявшей собой набор полосок цветной бумаги. Такого рода мозаики напоминали картины голландского художника Пита Мондриана, и Лэнд назвал их «цветными мондрианами». Используя мондрианы, освещавшиеся тремя проекторами, и три фильтра — красный (длинноволновый), зеленый (средневолновый) и синий (коротковолновый) — Лэнд показал, что если на поверхности экрана формируется часть сложной многоцветной картины, то при этом нет простой связи между длиной волны света, отраженного от экрана, и воспринимаемым цветом.
Более того, если отдельную цветную полоску (которую, к примеру, мы обычно видим зеленой) изолировать от окружающих цветов, она будет восприниматься как белая или как бледно-серая вне зависимости от того, какой луч света использовался для ее освещения. Лэнд показал, что такая полоска не может считаться прирожденно зеленой, а свой цвет она получает, взаимодействуя с окружающими ее зонами мондриана.
В то время как, согласно классической теории Ньютона, цвет представлялся локальным и повсеместным и зависел от длины волны света, отраженной от каждой точки объекта, Лэнд показал, что цвет распределен не локально и не повсеместно, а зависит при наблюдении всей картины от восприятия цветов каждой точки объекта и цветового фона. При этом должны иметь место непрерывные связи, сравнение каждой части зрительного поля с его собственным окружением, чтобы получить глобальный синтез — по Гельмгольцу, совершить «акт суждения».
Лэнд показал, что это положение, или корреляция, подчиняется фиксированным, формальным правилам и что он в состоянии предсказать, какие цвета будут восприняты наблюдателем в различных условиях. Он изобрел «цветной куб», алгоритм для осуществления этой цели, а в сущности — модель сравнения мозгом яркости при различных длинах волн всех частей сложной многоцветной картины. В то время как цветовая теория Максвелла и его цветной треугольник основывались на концепции сложения цветов, модель Лэнда основывалась на сравнении.
Он полагал, что при восприятии объекта происходит сравнение двух сигналов: отражения от всей картины определенной группы длин волн или спектра (по терминологии Лэнда, «световой записи» спектра) и воздействия трех отдельных световых записей для трех длин волн, относящихся грубо к красной, зеленой и синей длинам волн. Этот второй сигнал создает цвет.
В то же время Лэнд старался избегать объяснений процессов, происходящих в мозгу при выполнении этих операций, и очень осторожно назвал свою теорию цветового зрения «теорией ретинекса», подразумевая, что должно существовать многофункциональное взаимодействие между сетчаткой (ретиной) и корой (кортексом) головного мозга.
Если Лэнд приближался к решению загадки цветового зрения на психофизическом уровне, опрашивая людей, как они воспринимают сложную многоцветную мозаику при изменении освещения, то Семир Зеки, ученый, работающий в Лондоне, решал проблему на физиологическом уровне путем внедрения в зрительную кору обезьян микроэлектродов, после чего измерял нейронные потенциалы, генерируемые при появлении цветного стимула, обычно изготовленного из цветной бумаги. В семидесятые годы XX века Зеки удалось найти на уровне циркуметриарной коры обезьян в зоне V4 группу клеток, которая, как он посчитал, реагирует на цвет. Зеки назвал их «цветокодирующими клетками».[19] Таким образом, через девяносто лет, после того как Вилбрандт и Веррей высказали предположение о наличии в мозгу специального центра, отвечающего за восприятие цвета, Зеки доказал, что такой центр действительно существует.
Пятьюдесятью годами раньше видный невролог Гордон Холмс, обобщив двести случаев нарушения зрения, вызванного огнестрельными ранениями головы, поразившими зрительную кору, не выявил ни одного случая ахроматопсии. Исходя из этого, он заключил, что цветовая слепота не может возникнуть лишь от одного повреждения зрительной коры. Заключение такого крупного авторитета в области неврологии, каким являлся Гордон Холмс, привело к тому, что проблема потеряла практический интерес.[20]
