Бер яктан карасаң, әлеге сорау инде күптән тикшерелгән шикелле тоела, ә икенче яктан карасаң, без җавапка илтә торган озын юлның башында гына кебек.  Без төсләрне, әлбәттә, ми һәм аның “сизгер алгычлары” ярдәмендә күрәбез, аерабыз. Яктылык очрагында – ул безнең күз. Күзнең структурасы  бик катлаулы. Монда төп рольне күз ясмыгы  башкара – ул челтәр катлауда фокусланган һәм әйләндерелгән рәсем барлыкка китерә. Әмма төсләр турында сөйләгәндә, безне беренче чиратта  кызыксындырачак элемент — челтәр катлау.

Фотоаппараттагы кебек

Гомумән алганда, барысы да фотоаппараттагы кебек. Фотоаппаратның матрицасы шикелле челтәр катлау да пиксельләргә бүленгән, әмма аның пиксельләре (ягъни фоторецепторлары) фотоаппаратныкына караганда күбрәк.  Бу “пиксельләр” 2 төрле: кечкенә колбалар һәм таякчыклар. Төс өчен нәкъ менә кечкенә колбачыклар җавап бирә дә инде. Күздә барлыгы 7 миллион  кечкенә колбачык бар! Челтәр катлауның иң сизгер урынында  һәрбер колбачык  мигә сигнал җибәрүче аерым күзәнәк белән тоташкан. Үзәктән читләшкән саен алар төркемләшә баралар. Фотоаппараттагы кебек, колбачыклар 3 төрле  – кызыл, яшел яисә зәңгәр төскә сизгер була. Җибәрелгән сигналлар буенча баш мие төснең нинди икәнен ачыклый. Колбачык билгеле бер төскә генә сизгер дип әйкәндә, без максимум сизгерлекне күз алдында тотабыз. Колбачыкның һәрбер төре дулкын озынлыгының киң диапазонын ала, бүтәнчә әйтсәк, һәрбере теге яисә бу дулкын озынлыгын төрле амплитудада күрә. Амплитуданың аермасы буенча баш мие төснең нинди икәнен ачыклый да инде.

© TedEd

Билгеле ки, төс – баш миенең аңа җибәрелгән сигналларга реакциясе генә. Яктылык, электромагнитлы дулкын кебек, теләсә нинди ешлыкта яисә төрле озынлыктагы дулкын рәвешендә таралырга мөмкин, ультрафиолет (ультрашәмәхә) нурлары һәм  радиодулкын да шулай; бары тик без генә, колбачыклардагы химик реакцияләр нәтиҗәсендә, шул дулкыннарның кайберсенә “төс бирә  алабыз”. Әгәр дулкыннар колбачыкларның максимум сизгерлегенә эләксә, төсне аеру авыр түгел – нәкъ менә шуңа күрә салават күпере төсләре  бертөрле кабул ителми: кызыл төс – катырак, ә сары төс – тоныграк кебек тоела. Ә чынлыкта исә, без күргән төсләр барысы да  төгәл бер дулкын озынлыгына ия түгел, ягъни чиста төс булып бетмиләр. Күп төсләр – бары тик дулкын озынлыкларының катлаулы җыелмасы гына, ә иң кызыгы – бер үк төс төрле  дулкын озынлыклары җыелмасыннан килеп чыгарга мөмкин. Әмма, спектрда ни булуына карамастан, безнең өчен төс – берәү генә.

100 миллион таякчык

Күзнең тагын бүтән сизгер элементлары – таякчыклар, алар колбачыклардан бик нык  аерыла. Беренчедән, аларның саны 100 миллионга якынлаша! Икенчедән, алар баш миенә сигналны “төркемләп” җибәрәләр; бер күзәнәккә шундый бер “төркем” туры килә (мигә нибары бер миллион чамасы гына каналлар бара – бу колбачык һәм таякчыкларның икесенә бергә). Өченчедән, алар 100 тапкыр сизгеррәк, әмма, шуңа да карамастан, реакцияләре  күпкә әкренрәк. Таякчыклар белән, беренче чиратта, караңгылыкта күрүне бәйлиләр. Челтәр катлауда яктылык җитмәсә, колбачыклар файдалы сигнал җибәрүдән туктыйлар, һәм шул вакытта таякчыклар “эшкә керешә”. Әмма аларның бердәнбер сизгерлек максимумы да спектрның зәңгәр-яшел өлешенә туры килә, шуңа күрә  төсле объектларның чагыштырмача яктылыгы безнең өчен үзгәрә дә инде. Кызыл төс – карага, ә яшел төс, моңарчы кызыл төстән дә тоныграк булып тоелса да, яктырак булып кабул ителә. Таякчыклар хәтта аерым фотоннарны да кабул итәргә мөмкиннәр.  Яктылык көчәйгән саен, таякчыкларның сизгер матдәләре зыян күрәләр, һәм бары тик яктылыкны киметеп кенә, аларны яңадан торгызып була. Таякчыклар икенчел сизгерлек механизмына ия дигән теория дә бар, ягъни алар көн яктысында да төснең формалашуына үз өлешләрен кертәләр. Таякчыклар челтәр катлауның үзәк турындагы “сары тап”та түгел, ә перифериядә урнашкан. Үзәктә исә төс өчен генә түгел, ә күз күременең кискенлеге һәм тизлеге өчен дә җавап бирә торган колбачыклар урнашкан.

Рәсем ничек ясала?

Баш мие ничек миллионлаган импульсларны эшкәртеп, шундый катлаулы рәсемнәр ясый ала соң? Монысы минем өчен табышмак булып кала бирә. Аңлашыла ки, аның “процессоры”  фотоаппаратныкыннан көчлерәк тә, ышанычлырак та. Әмма баш миен дә алдап була: кискен хәрәкәтләр, тиз алышына торган рәсемнәр яисә тар һәм сирәк спектр линияләре аны бик җиңел бутарга мөмкин һәм, нәтиҗәдә, без дөрес төс күрмәячәкбез. Ярымкараңгылыкта  әле һаман  колбачыклар эшлиме яисә инде таякчыклар “эшкә керештеме” – бик үк аңлашылып бетми, менә мондый очракта төсләрне бутау тагын да җиңелрәк. Әгәр безнең күз авырулары булмаса, күзләребезнең сизгерлеге бертөрле, ягъни берни белән дә аерылмый.  Күз ул – гаять катлаулы система.

Алексей Акимов, физика-математика фәннәре кандидаты,  Россия квант үзәгенең “Квант симуляторлар” төркеме җитәкчесе, МФТИ мөгаллиме, ФИАН хезмәткәре, Һарвард университетында тикшеренү эшләре алып баручы.

Эльза Гыйздәтова тәрҗемәсе

тәрҗемә мөхәррире: Марат Мансур улы Хәйдәров, табиб — невролог

асылчыганак: Постнаука проекты