اگر به یک چرخه رنگبندی نگاه کنید، احتمالاً قرمز، زرد، سبز و آبی برایتان رنگبندیهایی کاملاً مستقل به نظر میرسند؛ اما چرا؟ مثلاً نارنجی را بهراحتی ترکیبی از قرمز و زرد تصور میکنیم، اما معمولاً نمیگوییم قرمز ترکیبی از نارنجی و بنفش است. قرمز، زرد، سبز و آبی در تجربه بصری ما جایگاه متفاوتی دارند؛ گویی مغز این چهار رنگبندی را بهعنوان اجزای اصلیترِ جهان رنگبندیی میشناسد.
به ریپورت ساینسآلرت، پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، برکلی با بررسی کردن رنگبندیهای موجود در طبیعت، توضیحی تازه برای این ویژگی ارائه کردهاند؛ محققان در این پژوهش میان نحوه پراکندگی رنگبندیها در محیط طبیعی، گیرندههای نوری چشم و شیوه پردازش رنگبندی در مغز ارتباط برقرار کردند.
قرمز، زرد، سبز و آبی به عنوان رنگبندیهای خالص
در ابتدا بیاید به قرن نوزدهم بازگردیم. «اوالد هرینگ» (Ewald Hering)، فیزیولوژیست آلمانی، نظریهای در آن سالها مطرح کرد که میگفت قرمز، زرد، سبز و آبی رنگبندیهای یکتا یا خالص هستند؛ یعنی رنگبندیهایی که در تجربه ما بهصورت ترکیبی از رنگبندیهای دیگر ظاهر نمیشوند. نیز قرمز و سبز و همینطور آبی و زرد در ادراک رنگبندی، در دو جفت متضاد قرار میگیرند.
با وجود شواهد آزمایشی که از بخشهایی از این نظریه کمک میکنند، دانشمندان هنوز نتوانستهاند بهطور مشخص توضیح دهند چرا دقیقاً این چهار رنگبندی چنین جایگاه ویژهای دارند. نه ویژگیهای نور، نه عملکرد سه نوع سلول مخروطی چشم و نه نحوه بازنمایی رنگبندی در مغز، بهتنهایی پاسخ روشنی برای این پرسش ارائه کرده است.
برای بررسی کردن این مسئله، محققان بیش از ۵۰۰ تصویر از جهان طبیعی را تحلیل کردند. مجموعه داده مورد استفاده در مقاله علمی شامل ۵۰۳ تصویر طبیعی کالیبرهشده بود. پژوهشگران با استفاده از مدلهای کامپیوتری بررسی کردن کردند که سه نوع سلول مخروطی حساس به نور در چشم انسان، یعنی گیرندههای مربوط به طول موجهای بلند، متوسط و کوتاه، در مواجهه با این تصاویر چه سیگنالهایی تولید میکنند.
نتیجه نشان داد رنگبندیها در طبیعت بهطور یکنواخت پراکنده نشدهاند. بررسی کردن تصاویر نشان داد برخی محدودههای رنگبندیی بسیار بیشتر از بقیه در محیط طبیعی دیده میشوند؛ بهویژه رنگبندیهای متمایل به قرمز، زرد-سبز و آبی.
محققان میگویند برای دیدن چنین الگوهایی به حجم بسیار بزرگی از دادههای تصویری نیاز است، زیرا برخی رنگبندیها ممکن است فقط در یکی از هر صد هزار یا حتی یک میلیون پیکسل ظاهر شوند. به گفته آنها، در دسترس قرار گرفتن مجموعهدادههای بسیار بزرگ تصویری در سالهای اخیر امکان بررسی کردن چنین الگوهایی را فراهم کرده است.
پژوهشگران برای توضیح این الگو از مفهومی به نام Sparse Coding استفاده کردند. در این روش، مغز میتواند اطلاعات حسی پیچیده را با استفاده از تعداد محدودی مؤلفه یا «بلوک سازنده» بازنمایی کند. مدل پژوهشگران تلاش کرد رنگبندیهای موجود در تصاویر طبیعی را با کمترین میزان ممکن از این مؤلفهها بازسازی کند. نتیجه، مدلی با شش مؤلفه پایه بود که چهار رنگبندی یکتای قرمز، زرد، سبز و آبی را در کنار سیاه و سفید به دست آورد.
به بیان سادهتر، پژوهش نشان میدهد اگر مغز بخواهد طیف بسیار گستردهای از رنگبندیهای موجود در طبیعت را با تعداد محدودی عنصر اساسی رمزگذاری کند، ساختاری شبیه به چهار رنگبندی اصلی مورد توصیف هرینگ به وجود میآید.
چرا قرمز و سبز، یا آبی و زرد، متضاد به نظر میرسند؟
مدل پژوهشگران نشان داد که مغز میتواند برای ساختن رنگبندیهای مختلف، از چهار رنگبندی قرمز، زرد، سبز و آبی بهعنوان اجزای پایه استفاده کند. برای مثال، با فعالشدن همزمان رنگبندیهای نزدیک به هم، میتوان رنگبندیهای میانی را شکل داد؛ به همین دلیل طیف گستردهای از رنگبندیهایی که بین این رنگبندیها قرار دارند، قابل بازنمایی هستند.
اما درباره رنگبندیهای مقابل، ماجرا متفاوت است. مدل نشان میدهد فعالشدن یکی از دو رنگبندی مقابل میتواند مانع فعالشدن دیگری شود. به همین دلیل، قرمز و سبز و نیز آبی و زرد در ادراک ما بهصورت دو جفت متضاد ظاهر میشوند و ترکیب مستقیمی از آنها به شکل یک رنگبندی میانی تجربه نمیکنیم.
نتایج این پژوهش در Journal of the Optical Society of America A منتشر شده است.
