Последние наиболее важные данные о деятельности головного мозга, обеспечивающей зрительное восприятие, получены главным образом с помощью микро-электродов, которые вводят непосредственно в мозг. Было обнаружено, что в нервных клетках сетчатки, коры мозга и наружного коленчатого тела (так называют группу клеток, которая занимает промежуточное положение между сетчаткой и корой мозга) характер ответа зависит от распределения светлого и темного в поле зрения.
Однако о нейронных механизмах, обеспечивающих восприятие цвета, долгое время практически ничего не было известно. Недавно появились сообщения об исследованиях, многое проясняющих в этом отношении. С одной стороны, получены новые данные с помощью микро-электродного метода, а с другой — у людей в особых условиях проанализировали цветовые ощущения. Сделанные открытия укрепляют исследователей во мнении, что мозг анализирует окружающее, выполняя несколько операций одновременно, т. е., прежде чем создается единое осознанное ощущение от увиденного, зрительная информация обрабатывается в нескольких более или менее независимых каналах, после чего интегрируется.
Некоторые из одновременных операций, которые мозг производит со зрительной информацией, были выявлены еще в 50—60-е годы. Тогда Хью-бел и Визел (Гарвардская медицинская школа) изучали у кошек физиологические свойства нервных клеток зрительной коры — той части коры мозга, которая получает информацию от сетчатки через наружное коленчатое тело. Они обнаружили, что клетки с самыми простыми свойствами отвечали на зрительный стимул (небольшую полоску света) с наибольшей силой (т. е. их электрическая активность менялась максимально) тогда, когда животному предъявляли стимул в определенной ориентации и он попадал в определенную часть поля зрения. По всей видимости, клетка отвечала на изменение освещенности разных участков поля зрения по-разному.
Во многих случаях получалось, что в «рецептивном поле» клетки (т. е. в той области поля зрения, к которой чувствительна данная клетка) есть в центре некий «оn» участок и на периферии «off» участок. У других клеток зрительной коры рецептивные поля сложнее. Эти клетки отвечают наилучшим образом на прерывистые полоски света в определенных местах и ориентациях. От наружного коленчатого тела зрительная информация передается по нервным волокнам к клеткам определенного слоя зрительной коры, который обозначают слой 4с.
Для клеток слоя Ас существенна локализация участка в поле зрения, но не ориентация стимула. Они связаны, однако, с клетками 2-го и 3-го слоев коры таким образом, что клетки этих слоев в результате чувствительны к ориентации стимула. Клетки в слоях 2 и 3 в свою очередь связаны с клетками 5-го и 6-го слоев, так что рецептивные поля многих клеток этих глубоких слоев коры еще более сложные. По характеру возбуждения клеток можно было судить о том, как мозг анализирует форму объекта или по крайней мере такие его признаки, как края и углы.
Но как мозг видит цвет, оставалось загадкой Одновременно с исследованиями Хьюбела и Визела Э. Лэнд и его коллеги из Polaroid Corporation разработали «ретинексную» теорию цветового зрения. Лэнд заметил, что, когда наблюдатель видит какой-либо пейзаж или другую зрительную сцену, восприятие цветов не зависит от того, как сцена освещена — залита ли она, например, ярким солнечным светом или находится в глубокой тени. Более того, даже при искусственном освещении, т. е. в довольно узком диапазоне длин волн, часто сохраняется все богатство восприятия цветов.
Лэнд сделал вывод, что цвет объекта для наблюдателя не просто определяется длиной волны света, а представляет собой результат вычислений, выполненных мозгом. Известно, что в сетчатке есть три различных типа клеток-колбочек, т. е. рецепторов, чувствительных к цвету. Одни колбочки наиболее чувствительны к коротковолновой части спектра, другие — к средним длинам волн, а третьи — к длинноволновой области. Лэнд предположил, что колбочки каждого типа передают в мозг информацию, позволяющую вычислять соотношение яркостей в соответствующем диапазоне длин волн.
Соотношение яркостей можно определить на границе между двумя объектами разного цвета, расположенными вдоль некой произвольной линии, пересекающей поле зрения. Каждому участку поля зрения мозг приписывает три значения яркости — в области коротких волн, средних и длинных. Таким образом, триада дает инвариантное ощущение цвета. Поскольку локализация механизмов, осуществляющих эти процессы, была неизвестна, Лэнд, чтобы как-то описать их, предложил термин «ретинекс» (от слов ретина и кортекс, т. е. сетчатка и кора).