Sự nhìn và cảm giác về màu sắc docx

Cảm giác màu tương tự có thể thu được bằng cách kích thích các tế bào hình nón đỏ và lục riêng rẽ với hỗn hợp bước sóng đỏ và lục riêng biệt chọn lọc từ các vùng phổ hấp thụ của cơ quan

Sự nhìn và cảm giác về

màu sắc

Khi chỉ có một hoặc hai loại tế bào hình nón được kích thích, thì ngưỡng màu sắc nhận được có giới hạn Ví dụ, nếu một dải hẹp ánh sáng lục (540-550nm) được dùng để kích thích tất cả các tế bào hình nón, thì chỉ có một loại chứa sắc tố lục sẽ phản ứng lại, tạo ra cảm giác nhìn thấy màu lục Sự cảm nhận của thị giác con nó với các màu trừ chủ yếu, ví dụ như màu vàng, có thể tăng theo một hoặc hai cách Nếu tế bào hình nón đỏ và lục được kích thích đồng thời với ánh sáng đơn sắc vàng

có bước sóng 580nm, thì mỗi cơ quan thụ cảm tế bào hình nón phản ứng lại hầu như bằng nhau do sự chồng lần phổ hấp thụ của chúng xấp xỉ như nhau trong vùng này của phổ ánh sáng khả kiến Cảm giác màu tương tự có thể thu được bằng cách kích thích các tế bào hình nón đỏ và lục riêng rẽ với hỗn hợp bước sóng đỏ và lục riêng biệt chọn lọc từ các vùng phổ hấp thụ của cơ quan thụ cảm không có sự

chồng lấn đáng kể Kết quả, trong cả hai trường hợp, là sự kích thích đồng thời của các tế bào hình nón đỏ và lục tạo ra cảm giác màu vàng, mặc dù kết quả cuối cùng thu được bằng hai cơ chế khác nhau Khả năng nhận được các màu sắc khác đòi hỏi phải kích thích một, hai, hoặc cả ba loại tế bào hình nón, đến mức độ khác nhau, với bảng màu bước sóng thích hợp

Mặc dù hệ thị giác của con người có ba loại tế bào hình nón với các sắc tố màu tương ứng của chúng, cộng với các tế bào hình que cảm thụ ánh sáng cho sự

nhìn tối, nhưng não người bù đắp cho những biến đổi bước sóng ánh sáng và

nguồn sáng trong sự cảm nhận màu sắc của nó Đồng phân dị vị là các cặp phổ ánh sáng khác nhau được não người nhận ra dưới dạng cùng một màu Thật thú vị, các màu có thể nhận thức là như nhau hoặc tương đương bởi con người đôi khi lại được phân biệt rõ ràng bởi những động vật khác, đáng chú ý nhất là chim chóc

Các neuron trung gian chuyên chở thông tin thị giác giữa võng mạc và não không hề liên kết đơn giản một-nối-một với các tế bào cảm giác Mỗi tế bào hình nón và hình que trong hố mắt gởi tín hiệu đến ít nhất là ba tế bào tam cực, trong khi ở những vùng ngoại vi hơn của võng mạc, tín hiệu từ một số lượng lớn tế bào hình que cùng đổ về một tế bào hạch trung tâm Độ phân giải không gian ở những phần ngoài của võng mạc bị tổn hại bởi có một số lượng lớn tế bào hình que nối với một rãnh, nhưng có nhiều tế bào cảm giác tham gia vào việc bắt lấy tín hiệu yếu làm cải thiện đáng kể độ nhạy ngưỡng của mắt Đặc điểm này của mắt người tương

tự như sự hoạt động của hệ camera kĩ thuật số CCD quét chậm

Các tế bào cảm giác, tam cực, và các tế bào hạch trung tâm của võng mạc cũng liên kết với các neuron khác, tạo nên một mạng đường dẫn ngăn chặn và kích thích phức tạp Kết quả là tín hiệu từ 5 đến 7 triệu tế bào hình nón và 125 triệu tế bào hình que trong võng mạc người được xử lí và chuyên chở đến phẩn vỏ não thị giác bằng chỉ khoảng 1 triệu sợi thần kinh thị giác Cơ mắt được kích thích và điều khiển bởi tế bào hạch trung tâm trong phần cong gập hình đầu gối, đóng vai trò như bộ điều khiển phản hồi giữa võng mạc và vỏ não thị giác

Mạng đường dẫn kích thích và ngăn cản phức tạp ở võng mạc sắp xếp trong

ba lớp tế bào thần kinh phát sinh từ một vùng đặc biệt của não trong sự phát triển thời kì đầu Các mạch điện và vòng phản hồi này mang lại sự kết hợp các hiệu ứng tạo ra sự sắc nét cạnh, tăng cường độ tương phản, lấy tổng không gian, tính trung bình nhiễu, và các dạng khác của việc xử lí tín hiệu, có lẽ bao gồm cả một số dạng đến nay chưa khám phá ra Trong sự nhìn của con người, một mức độ đáng kể của việc xử lí ảnh xảy ra trong não, nhưng chính võng mạc cũng có liên quan ở quy mô rộng của nhiệm vụ xử lí

Một khía cạnh khác của sự nhìn của con người được gọi là bất biến màu, giá trị màu của một vật không thay đổi trên một phạm vi chiếu sáng rộng Năm 1672, Isaac Newton chứng minh được bất biến màu ở cảm giác thị giác của con người và mang lại manh mối cho lí thuyết cổ điển về sự cảm nhận màu sắc và hệ thần kinh Edwin H.Land, nhà sáng lập tập đoàn Polaroid, đã đề xuất lí thuyết Retinex của sự nhìn màu, dựa trên những quan sát của ông về bất biến màu Khi một màu (hoặc một giá trị xám xịt) được quan sát dưới một ngọn đèn tương xứng, thì mảng màu

sẽ không thay đổi màu sắc của nó ngay cả khi độ chói của quang cảnh thay đổi Trong trường hợp này, gradient của nguồn chiếu sáng quang cảnh không làm thay đổi màu nhận được hoặc sắc thái xám xịt của màng quan sát Nếu mức độ rọi sáng đạt đến ngưỡng đối với sự nhìn tối, thì cảm giác màu sẽ tan biến Trong thuật toán của Land, giá trị sáng của các khu vực màu được tính toán, và năng lượng tại một khu vực đặc biệt trong quang cảnh được đem so sánh với tất cả các khu vực khác trong quang cảnh đối với dải sóng đó Tính toán được thực hiện ba lần, một cho mỗi dải sóng (sóng dài, sóng ngắn, và sóng trung), và bộ ba giá trị sáng thu được xác định một vị trí đối với khu vực đó trong không gian màu ba chiều được định nghĩa bởi lí thuyết Retinex

Thuật ngữ mù màu là một từ không chính xác, thường được sử dụng trong trò chuyện hàng ngày, để ám chỉ bất cứ sự khó khăn nào trong việc phân biệt giữa các màu Sự mù màu thật sự, hay không có khả năng nhìn thấy bất cứ màu nào, thì cực kì hiếm, mặc dù có đến 8% nam giới và 0,5% phụ nữ sinh ra có một số dị tật về

sự nhìn màu (xem bảng 1) Sự khiếm khuyết di truyền ở sự nhìn màu thường là kết quả của những khuyết tật ở các tế bào thụ quang trong võng mạc, một màng thần kinh đóng vai trò màn ảnh nằm ở phía sau của mắt Các khuyết tật về sự nhìn màu cũng có thể do bệnh tật, do tác dụng phụ của việc dùng một số loại dược phẩm nhất định, hoặc do quá trình lão hóa tự nhiên, và những khiếm khuyết này có lẽ ảnh hưởng đến các bộ phận của mắt chứ không phải các tế bào thụ quang

Các tế bào hình nón bình thường và độ nhạy sắc tố cho phép một người phân biệt tất cả các màu khác nhau cũng như các hỗn hợp màu tinh vi Loại nhìn màu bình thường này được gọi là tam sắc và dựa trên sự tương tác qua lại từ ngưỡng

độ nhạy chồng lấn của ba loại tế bào hình nón thụ quang Một tật nhìn màu nhẹ xảy

ra khi sắc tố thuộc một trong ba loại tế bào hình nón bị mất, và độ nhạy cực đại của

nó bị lệch sang bước sóng khác, tạo ra một sự khiếm khuyết thị giác gọi là tam sắc

dị thường, một trong ba loại tật nhìn màu phổ biến Nhị sắc, một dạng mù màu nặng hơn, xảy ra khi một trong các sắc tố bị nhầm một cách nghiêm trọng trong đặc trưng hấp thụ của nó, hoặc khi một sắc tố nhất định không được tạo ra Sự thiếu hoàn toàn cảm giảc màu, hay tật đơn sắc, cực kì hiếm, còn những người bị

mù màu toàn phần chỉ nhìn thấy sự thay đổi mức độ sáng, và thế giới trước mắt có màu đen, trắng và bóng xám Tật này chỉ xảy ra với những cá nhân thừa hưởng một gen rối loạn từ cả bố lẫn mẹ

Người bị tật nhị sắc có thể phân biệt một số màu, và do đó ít bị ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày hơn so với người bị tật đơn sắc, nhưng họ luôn luôn lo lắng rằng họ có vấn đề với sự nhìn màu của mình Tật nhị sắc chia nhỏ thành ba loại: mù màu đỏ, mù màu lục, và mù màu lam (xem hình 7) Xấp xỉ 2% nam giới trên thế giới thừa hưởng một trong hai loại đầu, còn loại thứ ba hiếm thấy hơn nhiều

Mù màu đỏ là chứng thiếu màu đỏ-lục, nguyên nhân do mất cảm giác màu đỏ, gây ra sự thiếu phân biệt có thể nhận thấy được giữa màu đỏ, cam, vàng, và lục Ngoài ra, độ sáng của các màu đỏ, cam, và vàng giảm đột ngột so với mức bình

thường Hiệu ứng cường độ suy giảm có thể làm cho đèn tín hiệu giao thông màu

đỏ trông tối đen (không có ánh sáng), và màu đỏ (nói chung) trông đen nghịt hoặc xám đen Người bị mù màu đỏ thường học cách phân biệt chính xác giữa màu đỏ

và màu lục, và màu đỏ từ màu vàng, chủ yếu dựa trên độ sáng biểu kiến của chúng, chứ không dựa trên bất kì sự khác biệt màu sắc có thể nhận thức được nào Màu lục nói chung thường trông sáng hơn màu đỏ đối với những người này Vì ánh sáng

đỏ xuất hiện ở một đầu của phổ khả kiến, nên có một chút chồng lấn trong độ nhạy với hai loại tế bào hình nón kia, và người mù màu đỏ bị mất cảm giác rõ rệt với ánh sáng ở phía bước sóng dài (màu đỏ) của quang phổ Những người có khiếm khuyết

về sự nhìn màu này có thể phân biệt giữa màu lam và màu vàng, nhưng nhạt hơn, màu tím, và màu tía không thể phân biệt từ các bóng khác nhau màu lam, do sự suy giảm thành phần đỏ trong những màu này

Những người bị mù màu lục, chứng thiếu cảm giác màu lục, có nhiều vấn đề

về phân biệt màu sắc tương tự như người mù màu đỏ, nhưng có mức độ nhạy khá bình thường trong phổ khả kiến Do vị trí của ánh sáng lục nằm ở giữa của phổ ánh sáng khả kiến, và đường cong độ nhạy chồng lấn của các cơ quan thụ cảm hình nón, nên có một số phản ứng của các cơ quan thụ quang đỏ và lam với các bước sóng lục Mặc dù mù màu lục có liên quan với ít nhất là một phản ứng độ sáng với ánh sáng lục (và ít suy giảm cường độ dị thường), nhưng những cái tên đỏ, cam, vàng,

và lục đối với người mù màu lục dường như là quá nhiều thuật ngữ cho những màu trông y hệt nhau Tương tự, các màu lam, tím, tía, và những màu nhạt hơn cũng không thể phân biệt được với những người mắc chứng mù màu này

Mù màu lam là sự thiếu cảm giác màu lam, và tạo ra sự thiếu màu lam-vàng trong sự nhìn màu Những người bị khuyết tật này không thể phân biệt màu lam và màu vàng, nhưng thật sự có thể ghi nhận sự khác biệt giữa màu đỏ và màu lục Chứng này khá hiếm, và xảy ra ngang ngửa ở cả hai giới Những người mù màu lam thường không có nhiều khó khăn trong việc thực hiện những công việc hàng ngày như những người mắc chứng nhị sắc đỏ-lục Vì các bước sóng lam chỉ xuất hiện ở một đầu của quang phổ, và có một chút sự chồng lấn độ nhạy với hai loại tế bào hình nón kia, nên toàn bộ sự mất cảm giác trong vùng phổ đó có thể khá gay gắt đối với kiểu tật này

Khi có một sự mất cảm giác màu do một tế bào thụ cảm hình nón, nhưng các

tế bào hình nón vẫn hoạt động, thì sự khiếm khuyết màu sắc nhìn được xem là tam sắc bất thường, và chúng được phân loại tương tự như loại nhị sắc Sự lộn xộn thường tăng thêm do các chứng tật này lại được đặt tên tương tự, nhưng có thêm hậu tố dị thường Như vậy, sự mù màu đỏ dị thường và mù màu lục dị thường mang lại các vấn đề ghi nhận màu sắc tương tự như chứng nhị sắc đỏ-lục, mặc dù không rõ rệt lắm Mù màu đỏ dị thường được xem là sự nhìn màu “yếu màu đỏ”, với màu đỏ (hoặc bất kì màu nào có thành phần đỏ) trông nhạt hơn bình thường,

và màu sắc lệch về phía màu lục Người bị mù màu lục biểu hiện “sự yếu màu lục”,

và có những khó khăn tương tự trong việc phân biệt giữa những dao động nhỏ trong màu sắc rơi vào vùng đỏ, cam, vàng, và lục của phổ khả kiến Điều này xảy ra

do màu sắc trông có vẻ lệch về phía đỏ Trái lại, những người mù màu lục không bị

mất độ sáng như người mù màu đỏ Nhiều người có các biến thể tam sắc dị thường này có chút ít khó khăn trong việc thực hiện công việc đòi hỏi sự nhìn màu bình thường, và một số thậm chí còn không nhận thức được là sự nhìn màu của họ bị suy yếu Mù màu lam dị thường, hay sự yếu màu lam, không được xem là một

khiếm khuyết di truyền Trong một số trường hợp sự khiếm khuyết đó được ghi nhận, người ta cho rằng nó là do tự có chứ không phải di truyền Một số bệnh về mắt (như bệnh tăng nhãn áp, tấn công các tế bào hình nón lam) có thể gây ra

chứng mù màu lam Sự mất tế bào hình nón màu lam vùng ngoại biên là phổ biến nhất trong số các bệnh này

Không kể các hạn chế, có một số lợi thế thị giác độc đáo đối với bệnh mù

màu, như tăng khả năng phân biệt các vật ngụy trang Đường nét, chứ không phải màu sắc, chịu trách nhiệm ghi nhận hình ảnh, và sự cải thiện tình trạng nhìn đêm

có thể do những khiếm khuyết nhìn màu nhất định Trong quân sự, những người lính bắn tỉa và chỉ điểm mù màu có giá trị cao vì những lí do này Hồi đầu những năm 1900, trong một nỗ lực nhằm đánh giá sự nhìn màu bất thường của con người, kính nhìn Nagel đã được phát triển Sử dụng thiết bị này, người quan sát điều

chỉnh các nút điều khiển để canh chỉnh hai trường màu cho màu sắc và độ sáng Một phương pháp đánh giá khác, phép kiểm tra đĩa Ishihara cho chứng mù màu, đặt theo tên tiến sĩ Shinobu Ishihara, phân biệt giữa sự nhìn màu sắc bình thường

và chứng mù màu đỏ-lục (xem hình 7) Một phép kiểm tra đưa ra cho sự nhìn màu bình thường có thể phát hiện sự khác biệt màu sắc giữa hình và nền Với nhà quan sát bị khiếm khuyết màu đỏ-lục, các đĩa trông cùng một màu, không có sự phân biệt giữa hình và hoa văn nền

Là một phần tự nhiên của quá trình lão hóa, mắt người bắt đầu nhận màu sắc khác đi trong những năm về sau, nhưng không trở nên “mù màu” như ý nghĩa thật

sự của thuật ngữ Sự lão hóa làm vàng và tối thủy tinh thể cùng giác mạc, hiệu ứng thoái hóa cũng đi cùng với sự co rút kích thước con ngươi Với sự vàng hóa, các bước sóng ngắn của ánh sáng khả kiến bị hấp thụ, nên màu lam trông tối đi Hệ quả

là những người già thường gặp khó khăn trong việc phân biệt giữa các màu sắc khác biệt cơ bản ở thành phần lam của chúng, như màu lam và xám, hoặc màu đỏ

và tía Ở tuổi 60, khi so với năng lực nhìn ở tuổi 20, chỉ có 33% ánh sáng tới trên giác mạc đi tới các tế bào thụ quang trong võng mạc Giá trị này giảm xuống còn khoảng 12,5% khi tuổi giữa 70

Sự điều tiết của mắt là hoạt động sinh lí điều chỉnh thành phần thủy tinh thể nhằm làm thay đổi hệ số khúc xạ và mang các vật ở gần mắt vào điểm hội tụ sắc nét Các tia sáng ban đầu bị khúc xạ tại bề mặt giác mạc sẽ bị hội tụ thêm sau khi đi qua thủy tinh thể Trong sự điều tiết, sự co cơ tròn làm thư giãn sức căng trên thủy tinh thể, mang lại sự thay đổi hình dạng của mô trong suốt và mềm dẻo đó, đồng thời cũng hơi đưa nó ra trước Kết quả dây chuyền của sự biến đổi thủy tinh thể là điều chỉnh tiêu cự của mắt để mang ảnh chính xác vào tiêu điểm trên lớp tế bào nhạy sáng có trên võng mạc Sự điều tiết cũng làm giãn sức căng tác dụng lên thủy tinh thể bởi các sợi zoule, và cho phép mặt trước của thủy tinh thể tăng độ cong của nó Mức độ tăng khúc xạ, cùng với sự hơi lệch vị trí của thủy tinh thể, mang vật

ở gần mắt vào tiêu điểm

Tiêu điểm trong mắt được điều khiển bởi sự kết hợp của các thành phần gồm mống mắt, thủy tinh thể, giác mạc, và mô cơ, có thể làm thay đổi hình dạng của thủy tinh thể sao cho mắt có thể hội tụ cả những vật ở gần lẫn ở xa Tuy nhiên, trong một số trường hợp, các cơ này không hoạt động thích đáng hoặc mắt hơi bị biến đổi hình dạng, và tiêu điểm không cắt qua võng mạc (một trạng thái thường gọi là sự nhìn hội tụ) Khi già, thủy tinh thể trở nên cứng hơn và không thể làm hội

tụ một cách chính xác, dẫn đến sự nhìn nghèo nàn Nếu điểm hội tụ rơi vào phía trước võng mạc, trạng thái được gọi là cận thị, và những người có tật này không thể hội tụ các vật ở xa Trong trường hợp mà tiêu điểm nằm phía sau võng mạc, mắt sẽ gặp rắc rối khi hội tụ những vật ở gần, tạo ra một trạng thái gọi là viễn thị Những tật này của mắt luôn có thể chữa bằng cách đeo kính (hình 8), dùng một thấu kính lõm để chữa cận thị và một thấu kính lồi để chữa viễn thị

Sự nhìn hội tụ không phải hoàn toàn do sinh lí và có thể ảnh hưởng bằng cách tập luyện, nếu như mắt không bị dị tật Những bài tập lặp đi lặp lại có thể được sử dụng để phát triển sự nhìn hội tụ mạnh Các vận động viên, ví dụ vận động viên bóng rỗ, có sự nhìn hội tụ tốt Tại mỗi thời điểm, hai mắt phải phối hợp với nhau để duy trì sự nhìn hai mắt, với hệ thống cơ thần kinh phản ứng nhanh và chính xác thường không biết mệt mỏi, điều khiển tính linh động và sự phối hợp của chúng Những thay đổi độ tụ của mắt hoặc chuyển động của đầu được xem xét trong những tính toán thực hiện bởi hệ thị giác phức tạp nhằm tạo ra thông tin thần kình thích hợp cho cơ mắt Một chuyển động 10 độ của mắt có thể hoàn thành trong khoảng 40 mili giây, với những tính toán xảy ra nhanh hơn mắt có thể đạt tới mục tiêu dự định của nó Chuyển động nhỏ của mắt được gọi là giật mắt, và chuyển động lớn hơn từ điểm này đến điểm khác được gọi là xoay mắt

Hệ thị giác của con người không phải chỉ phát hiện ánh sáng và màu sắc, mà như trong quang hệ, nó phải có thể phân biệt rõ giữa các vật, hoặc một vật và

phông nền của nó Được gọi là độ tương phản sinh lí, hoặc sự nhận thức độ tương phản, mối quan hệ giữa độ sáng khả kiến của hai vật nhìn tại cùng một thời điểm (tương phản đồng thời) hoặc nhìn liên tiếp (tương phản liên tiếp) so với nền, có thể, hoặc không thể giống nhau Với hệ thị giác của con người, độ tương phản giảm trong môi trường tối và người ta sẽ chịu sự khiếm khuyết màu sắc giống như

người mù màu đỏ-lục Độ tương phản phụ thuộc vào sự nhìn hai mắt, độ sắc thị giác, và việc xử lí ảnh bởi vỏ não thị giác Một vật có độ tương phản thấp, không thể

nào phân biệt được nó với phông nền trừ khi nó đang chuyển động, được gọi là ngụy trang Tuy nhiên, những người mù màu thường có khả năng phát hiện các vật ngụy trang do tăng sự nhìn bởi tế bào hình que và mất khả năng xử lí các màu sai lạc Sự tăng độ tương phản có nghĩa là tăng độ khả kiến, và giá trị định lượng cho

sự tương phản thường được biểu diễn bằng phần trăm hoặc tỉ số Dưới những điều kiện tốt nhất, mắt trần có thể phát hiện sự có mặt của 2% độ tương phản

Với sự nhìn của con người, sự tăng biểu kiến độ tương phản nhận được

trong một vùng hẹp trên mỗi mặt ranh giới giữa hai khu vực có độ sáng và/hoặc màu sắc khác nhau Vào cuối thế kỉ 19, nhà vật lí học người Pháp Michel E

Chevreul đã phát hiện thấy độ tương phản đồng thời Là một chức năng đặc biệt của nhận thức thị giác của con người, phần rìa hay đường biên của vật luôn trông nổi bật, tách vật ra khỏi phông nền của nó và làm dịu đi sự định hướng không gian Khi đặt trên một nền sáng chói, vùng rìa của một vật tối trông nhạt hơn phần còn lại của nền (trong thực tế, độ tương phản đã tăng lên) Với hiện tượng nhận thức này, màu sắc có độ tương phản mạnh nhất, màu bù, được tạo ra (bởi não) tại vùng rìa Vì màu sắc và phần bù của nó được nhận thức đồng thời, nên thu được kết quả

là sự tương phản đồng thời Khung viền và các đường ranh giới khác tách rời khu vực tương phản có xu hướng làm giảm hiệu ứng (hoặc sự chiếu sáng) bằng việc loại trừ sự tương phản ở mép rìa Nhiều dạng kính hiển vi quang học, đáng chú ý nhất là kính hiển vi rọi sáng tương phản pha, đã khai thác đặc điểm này của hệ thị giác con người Bằng cách làm tăng độ tương phản vật lí của ảnh mà không phải làm biến đổi vật thông qua nhuộm màu hoặc những kĩ thuật khác, mẫu vật tương phản pha được bảo vệ khỏi bị phá hủy hoặc chết (trong trường hợp mẫu vật sống)

Phản ứng tần số không gian của mắt người có thể đánh giá bằng việc xác định khả năng phát hiện một dãy vạch trong cách tử điều biến sin Cách tử kiểm tra

có các vùng (vạch) xen kẽ sáng và tối, tăng tuyến tính từ tần số cao đến tần số thấp dọc theo trục ngang, còn độ tương phản giảm theo hàm mũ từ trên xuống dưới Ranh giới giữa các vạch chỉ có thể phân biệt bởi những người có sự nhìn bình

thường từ 7 đến 10 chu kì/độ Đối với sự nhìn không màu, khi tần số không gian rất thấp (khoảng cách giữa các vạch rộng), yêu cầu phải có độ tương phản cao mới