Sunt culorile doar iluzii creierele noastre creează?

Viziunea culorilor este capacitatea de a distinge diferite lungimi de undă ale radiației electromagnetice. Viziunea culorilor se bazează pe un mecanism de percepție a creierului care tratează lumina cu lungimi de undă diferite ca stimuli vizuali diferiți (de exemplu, culori). Fotoreceptorii obișnuiți insensibili la culoare (tijele din ochii omului) reacționează numai la prezența sau absența luminii și nu fac distincție între lungimi de undă specifice.

Putem susține că culorile nu sunt reale - sunt „sintetizate” de creierul nostru pentru a distinge lumina cu lungimi de undă diferite. În timp ce tijele ne oferă capacitatea de a detecta prezența și intensitatea luminii (și astfel ne permit creierului să construiască imaginea lumii din jurul nostru), detectarea specifică a diferitelor lungimi de undă prin canale independente oferă viziunii noastre asupra lumii o rezoluție suplimentară suplimentară. De exemplu, culorile roșu și verde arată ca aproape de nuanțe identice de gri în fotografiile alb-negru.

Un animal cu vedere alb-negru singur nu va putea face o distincție între, să zicem, un măr verde și roșu și nu va ști care dintre ele are un gust mai bun înainte de a le încerca pe ambele pe baza culorii. Biologii evolutivi cred că strămoșii umani au dezvoltat viziunea culorilor pentru a facilita identificarea fructelor coapte, ceea ce ar oferi în mod evident un avantaj în lumea naturală competitivă.

De ce anumite lungimi de undă sunt asociate cu anumite culori rămâne un mister. Din punct de vedere tehnic, culoarea este o iluzie creată de creierul nostru. Prin urmare, nu este clar dacă alte animale văd culorile la fel cum le vedem noi. Este probabil ca, datorită istoriei evolutive comune, alte vertebrate să vadă lumea colorată similar cu modul în care o vedem noi. Dar viziunea culorilor este destul de frecventă în vastul regat animal: insectele, arahnidele și cefalopodele sunt capabile să distingă culorile.

Ce fel de culori văd aceste animale?

Viziunea culorilor umane se bazează pe trei fotoreceptori care detectează culorile primare - roșu, verde și albastru. Cu toate acestea, unii oameni nu au fotoreceptori roșii (sunt „bicromați”) sau au un fotoreceptor suplimentar care detectează undeva între culorile roșu și verde („tetracromate”). Evident, a avea doar 3 fotoreceptori nu ne limitează capacitatea de a distinge alte culori.

Fiecare fotoreceptor poate absorbi o gamă destul de largă de lungimi de undă ale luminii. Pentru a distinge o culoare specifică, creierul compară și analizează cantitativ datele de la toți cei trei fotoreceptori. Și creierul nostru face acest lucru cu un remarcabil succes - unele cercetări indică faptul că putem distinge culorile care corespund diferențelor de lungime de undă de doar 1 nanometru.

Această schemă funcționează în mare parte în același mod la majoritatea animalelor vertebrate superioare care au viziune colorată. Deși capacitatea de a distinge între nuanțe specifice variază semnificativ între specii, oamenii având una dintre cele mai bune abilități de distincție a culorilor.

Cu toate acestea, nevertebratele care au dezvoltat viziunea culorilor (și viziunea în general) complet independent de noi demonstrează abordări remarcabil diferite de detectare și procesare a culorilor. Aceste animale pot avea un număr excepțional de mare de receptori de culoare. Creveții mantis, de exemplu, au 12 tipuri diferite de fotoreceptori. Fluturele bluebottle obișnuit are și mai mulți - 15 receptori.

Înseamnă că aceste animale pot vedea culori suplimentare de neimaginat pentru noi? Poate da. Unii dintre fotoreceptorii lor funcționează într-o regiune destul de îngustă a spectrului de lumină. De exemplu, pot avea 4-5 fotoreceptori sensibili în regiunea verde a spectrului vizual. Aceasta înseamnă că, pentru aceste animale, diferitele nuanțe de verde pot apărea la fel de diferite precum culorile albastre și roșii apar ochilor noștri! Din nou, avantajele evolutive ale unor astfel de adaptări sunt evidente pentru un animal care trăiește printre copaci și ierburi unde majoritatea obiectelor, așa cum le vedem, sunt colorate în diferite nuanțe de verde.

Cercetătorii au încercat să testeze dacă un set mai complicat de receptori vizuali oferă avantaje animalelor atunci când vine vorba de diferențierea dintre culorile principale. Constatările arată că acest lucru nu este neapărat cazul, cel puțin nu pentru creveții mantis. În ciuda gamei impresionante de receptori care detectează lumina într-o parte mult mai largă a spectrului electromagnetic în comparație cu oamenii, capacitatea creveților de a distinge între culori este excelentă în comparație cu noi. Cu toate acestea, ele determină culorile rapid. Acest lucru este probabil mai important în scopuri practice, deoarece creveții mantis sunt prădători. Un număr mare de fotoreceptori permite activarea lor rapidă la anumite lungimi de undă ale luminii și astfel comunică direct creierului ce lungime de undă specifică a fost detectată. În comparație, oamenii trebuie să evalueze și să cuantifice semnalele de la toți cei trei fotoreceptori pentru a decide asupra unei anumite culori. Acest lucru necesită mai mult timp și energie.

În afară de utilizarea unui număr diferit de fotoreceptori pentru a simți lumina de lungimi de undă specifice, unele animale pot detecta lumina pe care noi, oamenii, nu o putem vedea complet. De exemplu, multe păsări și insecte pot vedea în partea UV a spectrului. Bumblebees, de exemplu, au trei fotoreceptori care absorb în regiunile UV, albastru și verde ale spectrului. Acest lucru îi face tricromați, la fel ca oamenii, dar cu sensibilitatea spectrală deplasată la capătul albastru al spectrului. Capacitatea de a detecta lumina UV explică de ce unele flori au modele vizibile numai în această parte a spectrului. Aceste tipare atrag insecte polenizatoare, care au capacitatea de a vedea în această regiune spectrală.

Un număr de animale pot detecta lumina în infraroșu (radiația de lungime de undă lungă) emisă de obiecte și corpuri încălzite. Această abilitate facilitează în mod semnificativ vânătoarea de șerpi care caută, de obicei, mici pradă cu sânge cald. A le vedea prin receptorii de detectare IR este, așadar, un instrument excelent pentru reptilele cu mișcare lentă. Fotoreceptorii sensibili la radiațiile IR de la șerpi nu sunt localizați în ochi, ci în „organe de groapă” situate între ochi și nări. Rezultatul este același: șerpii pot colora obiectele în funcție de temperatura suprafeței.

După cum arată acest scurt articol, noi, oamenii, putem vedea și analiza doar o mică parte din informațiile vizuale disponibile altor creaturi. Data viitoare când vedeți o muscă umilă, gândiți-vă cât de diferit percepe aceleași lucruri la care vă uitați amândoi!

REFERINȚE

Skorupski P, Chittka L (2010) Sensibilitatea spectrală a fotoreceptorului în bondar, Bombus impatiens (Hymenoptera: Apidae). PLOS ONE 5 (8): e12049. doi: 10.1371 / journal.pone.0012049

Thoen HH, How MJ, Chiou TH, Marshall J. (2014) O formă diferită de viziune a culorilor la creveții mantis. Știința 343 (6169): 411-3. doi: 10.1126 / science.1245824

Chen P-J, Awata H, Matsushita A, Yang E-C și Arikawa K (2016) Extreme Richness Spectral in the Eye of the Bluebottle Butterfly Common, Sarpedon Graphium. Față. Ecol. Evol. 04:18. doi: 10.3389 / fevo.2016.00018

Arikawa, K., Iwanaga, T., Wakakuwa, M. și Kinoshita, M. (2017) Expresie temporală unică a opsinelor cu lungime de undă lungă triplate în dezvoltarea ochilor de fluture. Frontiere în circuite neuronale, 11, 96. doi: 10.3389 / fncir.2017.00096

Acest articol invitat a apărut inițial pe blogul premiat de sănătate și știință și comunitatea tematică a creierului, BrainBlogger: How the Brain Perceives Colors?