Teoria, iż oko ludzkie zaopatrzone jest w szczególnego rodzaju
receptory służące do odbioru różnych długości (częstotliwości) fal
świetlnych, które odbijają się od obserwowanego przedmiotu, królowała
przez wiek prawie, zanim nie obalił jej twórca Polaroidu - Amerykanin
Edwin Land. Jak do tego doszło? Otóż wszystko zaczęło się w 1955 roku,
kiedy to amerykański uczony postanowił zastosować teorię
trichromatyczną celem wykonania fotografii barwnej. Przypadek jednak
sprawił, iż powtarzając kolejny raz doświadczenie wykonane prawie sto
lat wcześniej przez Maxwella, dokonał zadziwiającego odkrycia. Pewnego
razu bowiem zielony filtr wypadł z jednego z trzech projektorów, a
pomimo to kolory rzutowanego na ekranie obrazu w zasadzie nie uległy
zmianie. [Eksperyment polegał na kolejnym naświetlaniu na kliszy
czarno-białego diapozytywu fragmentu szkockiej tkaniny, poczym te same
trzy diapozytywy przy wykorzystaniu trzech filtrów: czerwonego,
przepuszczającego tylko czerwone pasmo światła, zielonego oraz
niebieskiego zostały sfotografowane ponownie, a następnie za pomocą,
trzech rzutników, wyposażonych w te same trzy filtry barwne zrzutowane
na jeden ekran. Rezultat okazał się zaskakujący - otóż na tymże ekranie
widniał barwny obraz szkockiej tkaniny.] Przez trzydzieści następnych
lat problem ten tak dalece intrygował Edwina Landa, iż wciąż
modyfikując, wciąż udoskonalając, powtarzał swój eksperyment tysiące
razy, bulwersując jednocześnie swym rzekomym kuglarstwem poważny świat
nauki. Przykładowo - za pomocą dwóch projektorów rzutował na ekran dwa
niczym nie różniące się od siebie czarno-białe diapozytywy, a gdy
wiązkę światła wychodzącą z jednego z nich przesłaniał czerwonym
filtrem, w efekcie otrzymywał obraz, który bynajmniej nie był
zabarwiony na czerwono, lecz utrzymany był w tonacji
zielono-żółto-niebieskiej. Dlaczego tak się działo?Pragnąc dowieść, iż teoria trichromatyczna nie wyjaśnia wszystkich mechanizmów rządzących percepcją barw ludzkiego oka, amerykański fizyk przeprowadził interesujący eksperyment polegający na naświetlaniu białym światłem dwóch kwadratów koloru zielonego i pomarańczowego. Najpierw wiązkę światła skierował na pomarańczowy kwadrat celem pomiaru długości odbitej fali, charakterystycznej dla tego koloru, by z kolei tym samym białym światłem naświetlić kwadrat zielony, zmieniając jednocześnie natężenie światła. Czynił to tak długo, dopóki nie otrzymał długości fali odbitej od barwy zielonej równej długości fali odbitej od kwadratu koloru pomarańczowego. Zgodnie z teorią trichromatyczną oko ludzkie w tym przypadku nie jest w stanie odróżnić tych dwóch kolorów od siebie. Dlatego też kwadrat zielony winno postrzegać jako pomarańczowy. Tak się jednak nie stało. Ten sam eksperyment, wykorzystując do tego celu specjalnie przez siebie zaprojektowaną płytę nazwaną od nazwiska holenderskiego malarza-abstrakcjonisty płytą Mondriana, Land powtórzył z innymi kolorami - niebieskim, żółtym oraz czerwonym. We wszystkich wypadkach nasz układ wzrokowy w sposobie postrzegania prawdziwej barwy naświetlanego kwadratu, zdawał się ignorować parametr, jakim jest długość odbitej fali świetlnej.
Przeprowadzone eksperymenty posłużyły Edwinowi Landowi do opracowania teorii dotyczącej stałej, niezmiennej percepcji chromatycznej, charakteryzującej układ wzroku człowieka. W przeciwieństwie do zwolenników teorii trichromatycznej amerykański uczony uważa, iż oczy oraz mózg ludzki nie rozróżniają barw widzianego przedmiotu w oparciu o zmienne długości fali, które odbijają się od danego przedmiotu. W mechanizmach rządzących percepcją chromatyczną ludzkiego oka musi istnieć bowiem jakiś element stały, niezmienny. Jako że oko nasze nie określa barwy postrzeganej osoby lub rzeczy w sposób izolowany, lecz zawsze dokonuje porównań z innymi kolorami, które otaczają obiekty przez nie obserwowane. I pomimo iż natężenie światła wraz ze zmianami pór dnia ulega zmianie, to jednak stosunki między długościami fal świetlnych odbitych od różnych kolorów pozostają prawie że stałe. Przykładowo czerwona jagoda, czyli owoc borówki leśnej o zachodzie słońca emituje większą ilość czerwonych promieni słonecznych w porównaniu z innymi porami dnia. Lecz my nie dostrzegamy wzrostu promieniowania, jako że i liście, pośród których borówka ta rośnie, zwiększają emisję promieniowania o częstotliwości charakteryzującej czerwone pasmo świetlne.
Warto również wyjaśnić, dlaczego niezależnie od tego, czy owoc cytryny naświetlany jest białym czy też czerwonym światłem, my postrzegamy go zawsze w żółtym kolorze. Otóż, gdy światło zostanie odbite zarówno od owocu, jak od jego liści, pobudzeniu ulegają, wrażliwe na barwy, czerwone oraz zielone komórki stożkowe siatkówki oka. W przypadku zaś, gdy owoc cytryny wraz z liśćmi naświetlony zostanie czerwonym światłem, wówczas nastąpi pobudzenie większej liczby czerwonych stożków w siatkówce oka. I to samo będzie miało miejsce w przypadku zielonych liści. Z kolei nasz organ wzroku dokona oszacowania stosunku barwy czerwonej do zielonej niezależnie dla owocu i niezależnie dla liści, by następnie obliczyć średnią zachodzącą pomiędzy tymi dwoma stosunkami. A ponieważ średnia ta zawsze pozostaje stała, dlatego też barwa owocu cytryny w naszych oczach bez względu na porę dnia nie ulega zmianie.
Dopiero kilkanaście miesięcy temu (w 1988 roku), wieloletnie badania amerykańskich neurobiologów, wyjaśniające zjawisko postrzegania barw przez człowieka, przyznały Edwinowi Landowi rację. Tym samym maxwellowska koncepcja, iż oko ludzkie funkcjonuje niczym aparat fotograficzny rejestrujący kolory w zależności od natężenia padającego na nie światła, przestała obowiązywać, przestała być aktualna. Kuglarzowi zaś przypisano miano odkrywcy.
W celu lepszego zobrazowania swojej teorii dwa lata temu Edwin Land skonstruował przyrząd, który oblicza stosunek zachodzący między długością fali świetlnej odbitej od punktu, znajdującego się w otoczeniu tejże plamy (na tej bowiem zasadzie odbywa się percepcja chromatyczna naszego organu wzroku). Po obliczeniu zaś tego stosunku fotometr wskazuje, jaki jest kolor obserwowanej plamy barwnej: i okazuje się, iż kolor niczym nie różni się od barwy, w jakiej plamę tę postrzega ludzkie oko.
Gdzie jednak dokonywane są obliczenia, odpowiadające za percepcję chromatyczną, naszego organu wzroku? W siatkówce oka? A może w korze mózgowej, jako że w korze mózgowej właśnie zachodzi większość procesów mentalnych wyższego rzędu? Nie znając jeszcze dokładnej odpowiedzi na to pytanie, Edwin Land określił swoją teorię mianem retinexu (połączenie nazwy siatkówki oka - retina z nazwą kory mózgowej - cortex). Teoria ta zakłada, iż układ wzrokowy człowieka zawiera pewien szczególny rodzaj komórek nerwowych; komórek otrzymujących informacje z komórek stożkowych siatkówki oka i dokonujących porównania światła, które zostało odbite od obserwowanego przez nas punktu ze światłem odbitym od punktu, pochodzącym z obszaru peryferyjnego, z otoczenia.
W 1968 roku Nigel Daw wykazał, iż komórki te rzeczywiście istnieją. Znalazł je bowiem w siatkówce oka czerwonej ryby. Chodziło jednak o to, aby analogiczne komórki odszukać również u ssaków naczelnych. W tej sytuacji Nigel Daw zwrócił się o pomoc do dwóch laureatów Nagrody Nobla z 1981 roku - Torstena Wiesela i Davida Hubela, którzy to najwyższe wyróżnienie naukowe otrzymali za badania nad reakcjami komórkowymi ssaków na bodźce wzrokowe. Jednak siatkówka oka naczelnych okazała się być pozbawiona tychże komórek.
Dopiero badania nad tzw. trzecim stopniem układu wzrokowego, określonym symbolem V1, a znajdującym się w korze wzrokowej na krańcu mózgu w tylnej części czaszki, przyniosły długo oczekiwane rezultaty. Otóż w pewnej części kory wzrokowej małpy Hubel i Wiesel przy współpracy Margaret Wong-Riley z Uniwersytetu w Waszyngtonie wykryli grupy komórek wchodzących prostopadle w zewnętrzną warstwę obszaru nazwanego umownie V1. Grupy te okazały się strukturami autonomicznymi, które badaczom były bliżej nie znane. Dlatego też umownie określili je mianem "pęcherzyków", przy czym okazało się, że pęcherzyki te zawierają komórki podobne do tych, które wcześniej Nigel Daw odkrył w siatkówce oka czerwonych ryb oraz stanowią one centralny ośrodek sterujący procesem stałego postrzegania barw. Tak więc nie tylko układ wzrokowy człowieka, ale i układ wzrokowy małpy charakteryzuje się stałą percepcją kolorów. Przy czym komórek zwanych pęcherzykami ludzka kora wzroku zawiera około trzech tysięcy.
Ponadto pęcherzyki znajdujące się na obszarze V1, kory wzrokowej są zaopatrzone w pewne dodatkowe elementy, które przenikają do innego obszaru kory wzroku - obszaru V4. Poza wzajemnymi powiązaniami między pęcherzykami zdają się również istnieć dwa dodatkowe kanały informacji wizualnej, biegnące równolegle poprzez obszar V1 w kierunku innych wyspecjalizowanych obszarów kory wzrokowej. A może jeden z tych neuronowych kanałów odpowiada za percepcję na poziomie kształtów przedmiotów, drugi zaś służy identyfikacji parametrów związanych z ich ruchem, z ich głębią? Istnieje również hipoteza, iż kanały odpowiadające za kolor oraz za kształt przedmiotów służą do rozpoznawania tychże przedmiotów, podczas gdy kanał odpowiadający za ruch oraz za głębię wskazuje na umiejscowienie tych samych przedmiotów w przestrzeni.
Problem, jaki dotychczas nie został jeszcze przez naukowców rozwiązany, dotyczy informacji przesyłanych tymi kanałami, jak i istnienia ewentualnych wzajemnych relacji pomiędzy nimi. Przypuszcza się bowiem, iż powiązań tych jest bardzo wiele i że spełniają one niezwykle ważną rolę w funkcjonowaniu całego układu wzroku człowieka. David Hubel twierdzi, iż w dziedzinie dotyczącej mechanizmów rządzących percepcją chromatyczną ludzkiego oka istnieje jeszcze wiele elementów nieznanych. Nie wiadomo przecież, czy odkrycie obszaru tzw. komórek pęcherzykowych w korze wzrokowej stanowi w pełni satysfakcjonujące wyjaśnienie teorii Edwina Landa. A ponadto według opinii niektórych badaczy porównania dokonywane między różnymi długościami odbitych fal świetlnych odbywają się nie w samych komórkach pęcherzykowych, lecz w siatkówkach tychże komórek. Jedno natomiast dzisiaj jest już pewne - w owych pęcherzykach zachodzą procesy obliczeniowe, których zaistnienie Edwid Land uważał za konieczne w celu urzeczywistnienia stałej percepcji barw przez ludzkie oko. Dlatego też zamiast porównywać nasz układ wzroku z aparatem fotograficznym, zacznijmy porównywać go raczej do komputera, dokonującego skomplikowanych obliczeń porównawczych.
Zdjęcie zwykłe i po obróbce metodą retinexu