در پژوهشی تازه، گروهی بینالمللی از دانشمندان توانستهاند معمایی را که چندین دهه ذهن پژوهشگران را درگیر کرده بود حل کنند.
در دوران دبستان، رنگ مورد علاقه هر کودک میتواند بخش مهمی از هویت او باشد. همان رنگی که دوستانتان برای کارت تولدتان انتخاب میکنند، ممکن است در لباسهایتان تکرار شود و حتی رنگ کیف یا جامدادی مورد علاقهتان باشد. اما اگر رنگ سبزی که ما میبینیم برای شخص دیگری آبی باشد چه؟ به بیان دیگر، آیا ممکن است همه ما یک رنگ واحد را به شکل متفاوتی تجربه کنیم و اساساً سازوکار دیدن رنگها در چشم و مغز ما چگونه است؟
به لطف پژوهشی جدید که در مجله Science منتشر شده، دانشمندان اکنون در سطح مولکولی درک دقیقتری از نحوه مشاهده دنیای رنگارنگ اطرافمان پیدا کردهاند. با وجود این اطلاعات تازه، فرایند ادراک دیداری هنوز جنبههای ناشناخته زیادی دارد؛ البته پژوهشگران همزمان در حال روشن کردن همین بخشهای اسرارآمیز هستند.
وقتی به یک جسم نگاه میکنیم، در حقیقت مغز ما نحوه بازتاب طول موجهای مختلف نور از سطح آن جسم را دریافت و تفسیر میکند. این فرایند به کمک گیرندههای نوری یا سلولهای تخصصی تشخیص نور انجام میشود که استوانهایها و مخروطیها نام دارند. محدوده دید انسان بین نور فرابنفش و نور قرمز قرار میگیرد و همین توانایی باعث میشود بتوانیم بیش از ۱۰ میلیون رنگ را تشخیص دهیم.
با این حال، توانایی چشم انسان در مقایسه با برخی حیوانات چندان خارقالعاده نیست. برای نمونه، چشم مارمولکهای گِکو در تاریکی حدود ۳۵۰ برابر حساستر از چشم انسان عمل میکند. دلیل این تفاوت آن است که سلولهای استوانهای ما، که نقش مهمی در دیدن محیطهای تاریک دارند، قادر به تشخیص رنگ نیستند. سازوکار سلولهای استوانهای مدتهاست برای دانشمندان شناخته شده، اما عملکرد سلولهای مخروطی همچنان تا حد زیادی یک معما باقی مانده بود.
دانشمندان چگونه نحوه دیدن رنگها را کشف کردند؟
در پژوهش جدید، گروهی بینالمللی از محققان در چین، آلمان و استرالیا سلولهای مخروطی، یعنی سلولهایی را که امکان دیدن رنگها را فراهم میکنند، در مقیاس اتمی بررسی کردند. مخروطیها خود رنگ را مشاهده نمیکنند؛ بلکه به طول موجهای مختلف نور واکنش نشان میدهند و سیگنالهای الکتریکی را به مغز میفرستند. سپس مغز این پیامها را پردازش میکند و از طریق آنها تصویری قابل درک از دنیای اطراف شکل میگیرد.
سلولهای مخروطی از پروتئینهایی به نام اپسین تشکیل شدهاند. در چشم انسان سه نوع متفاوت از این مولکولها وجود دارد که گیرندههای مربوط به رنگهای قرمز، سبز و آبی را شکل میدهند. هر اپسین حاوی یک مولکول یکسان مشتقشده از ویتامین A به نام رتینالدهید است؛ مولکولی که به نور حساسیت دارد. پژوهشگران نمونههایی از این اپسینها را در حالت انجماد سریع بررسی کردند تا مشخص شود هر نوع از آنها چگونه به شکل متفاوتی به رتینالدهید متصل میشود.
ترور لمب، پژوهشگر دانشگاه ملی استرالیا، درباره یافتهها گفت:
اپسینهای قرمز و سبز ظاهراً از جایگذاری بسیار متفاوت بارهای الکترونیکی شیمیایی در اطراف رتینالدهید استفاده میکنند. ما احتمال میدهیم همین تفاوت توضیح دهد که چرا این دو نوع اپسین سریعتر از اپسین آبی و بسیار سریعتر از رنگدانه موجود در سلولهای استوانهای خاموش میشوند.
به زبان ساده، چشم انسان را میتوان تا حدی شبیه یک دوربین بسیار سریع در نظر گرفت. پژوهشگران معتقدند تفاوت در نحوه قرارگیری این بارهای شیمیایی در اطراف رتینالدهید همان عاملی است که سرعت عملکرد این سیستم را کنترل میکند.
نتایج این تحقیق در آینده میتواند به دانشمندان برای طراحی درمانهای مؤثرتر جهت مقابله با بیماریهای سلولهای مخروطی، تغییرات در دید رنگی و سایر اختلالات بینایی کمک کند. با این حال، پژوهشگران تأکید کردهاند که درباره پیامدهای مستقیم این یافتهها برای نحوه ادراک رنگها نمیتوانند با جزئیات بیشتری اظهار نظر کنند، زیرا این موضوع حوزه تخصصی اصلی آنها نیست.
با وجود این پیشرفت، هنوز پرسشهای حلنشده فراوانی درباره سیستم بینایی انسان وجود دارد. برای مثال، میدانهای رنگی کاملی در مقابل چشم ما قرار دارند که شاید همین حالا نیز هنگام خواندن این مطلب در برابر دیدگانمان باشند، اما ما کاملاً نسبت به آنها نابینا هستیم. این تنها نمونهای از مواردی نیست که نشان میدهد چشم و مغز میتوانند ما را فریب دهند؛ پژوهشگران همچنان در تلاشاند این معماها را نیز آشکار کنند.
رنگهای غیرممکن و راه دیدن آنها
تصور دنیایی که رنگهای آن با چیزی که اکنون میبینیم تفاوت داشته باشد، دشوار است. گوجهفرنگی قرمز است، آفتابگردان زرد به نظر میرسد و پرتقال هم طبیعتاً نارنجی دیده میشود؛ دستکم این چیزی است که تصور میکنیم. اما وقتی موضوع به رنگهای موجود در طیف نور مربوط میشود، واقعیت همیشه دقیقاً مطابق چیزی نیست که چشم ما نشان میدهد.
برای نمونه، رنگ بنفش به معنای دقیق کلمه در طیف نور وجود ندارد و در واقع نتیجه پردازش مغز از ترکیبی پیچیده از اطلاعات نوری است. البته این خبر احتمالاً برای طرفداران رنگ بنفش چندان خوشایند نیست. طول موجهای قرمز و آبی در دو سوی مخالف طیف نور قرار گرفتهاند. وقتی هر دو طول موج همزمان به چشم میرسند، با یکدیگر تداخل ایجاد میکنند و سیستم بینایی باید این اطلاعات را به شکلی تفسیر کند؛ نتیجه این ترکیب در مغز به صورت بنفش تجربه میشود. بنابراین بنفش طول موج مستقلی برای خود ندارد و میتوان آن را نوعی خطای دید یا محصول پردازش مغز دانست.
رنگ دیگری که میتواند مغز ما را به چالش بکشد Olo است؛ رنگی بسیار اشباعشده میان آبی و سبز که پژوهشگران آن را اخیراً شناسایی کردهاند و اغلب با عنوان سبز طاووسی توصیف میشود. در پژوهشی که در سال ۲۰۲۵ در مجله Science Advances منتشر شد، گروهی از دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی تلاش کردند فقط سلولهای مخروطی M را تحریک کنند؛ سلولهایی که به طول موجهای متوسط متمایل به سبز واکنش نشان میدهند. به دلیل یک ویژگی تکاملی، طول موجهایی که بهطور طبیعی سلولهای M را تحریک میکنند با طول موجهای فعالکننده سلولهای L نیز همپوشانی دارند؛ سلولهایی که طول موجهای بلند و متمایل به قرمز را دریافت میکنند. در نتیجه، سلولهای M در شرایط طبیعی تقریباً هیچوقت بهتنهایی فعال نمیشوند؛ دستکم تا پیش از این آزمایش.
پژوهشگران برای این آزمایش فناوری لیزری ویژهای طراحی کردند که نام Oz را برای آن انتخاب کردند؛ نامی برگرفته از رمان The Wonderful Wizard of Oz نوشته فرانک باوم. این فناوری با استفاده از یک لیزر سبز، سلولهای مخروطی چشم را تحریک میکند.
بر اساس توضیحات منتشرشده از سوی دانشگاه، زمانی که ترکیبی از هر سه نوع سلول مخروطی یعنی S، M و L تحریک شوند، فرد میتواند تصاویر را با گسترهای بسیار پررنگ و چشمگیر از رنگها مشاهده کند. سلولهای S به طول موجهای کوتاه واکنش نشان میدهند، در حالی که M و L به ترتیب طول موجهای متوسط و بلند را دریافت میکنند. اما زمانی که لیزر پالسهای الکتریکی را عمدتاً به سلولهای M منتقل کرد، شرکتکنندگان توانستند رنگ Olo یا سبزترین سبز را ببینند.
از سوی دیگر، دانشمندان با ترکیب رنگهای مختلف نیز موفق شدهاند رنگهایی را ایجاد کنند که در حالت عادی ظاهراً غیرممکن به نظر میرسند. برای مثال، آیا تاکنون تصور کردهاید بتوان آبی و زرد را همزمان دید؛ نه به شکل سبز، بلکه هر دو رنگ در یک زمان؟ قرمز و سبز چطور؟ در سال ۲۰۱۰، وینسنت بیلوک و برایان تسو که در آن زمان هر دو دانشمند آزمایشگاه پژوهشی نیروی هوایی ایالات متحده بودند، در مقالهای برای Scientific American توضیح دادند که چگونه امکان مشاهده چنین رنگهایی را به اثبات رساندهاند.
این دو پژوهشگر برای رسیدن به این نتیجه، دو روش را با یکدیگر ترکیب کردند: تثبیت تصویر و برابری درخشندگی. منظور از برابری درخشندگی شرایطی است که در آن دو یا چند رنگ با وجود تفاوت در ماهیت خود، از نظر میزان روشنایی یکسان به نظر میرسند.
بیلوک و تسو تعداد شرکتکنندگان آزمایش را محدود نگه داشتند تا آزمایش فقط روی پژوهشگران حوزه بینایی انجام شود و هنرمندان یا افراد عادی در گروه مورد بررسی قرار نگیرند. به گفته خود پژوهشگران، ترکیب این دو روش عملکرد بسیار مؤثری داشت. در نهایت، شش نفر از هفت شرکتکننده توانستند رنگهای ممنوعه را تجربه کنند.
پژوهشگران در مقاله خود توضیح دادند:
گاهی نتیجه شبیه طیفی بود که مثلاً از قرمز در سمت چپ به سبز در سمت راست میرسید و در فاصله میان این دو، تمام سایههای ممکن از قرمز متمایل به سبز و سبز متمایل به قرمز دیده میشد. در برخی مواقع، میدانهایی از قرمز و سبز را در یک مکان اما در عمقهای متفاوت مشاهده میکردیم؛ انگار یکی از رنگها را از میان رنگ دیگر میدیدیم، بدون آنکه هیچکدام تغییر رنگ پیدا کنند. در بسیاری از موارد نیز کل میدان دید با رنگی یکنواخت و دلپذیر از سبز متمایل به قرمز یا زرد متمایل به آبی پر میشد.
البته در حال حاضر نمیتوانید Olo یا ترکیبهای غیرمعمولی مانند قرمز و سبز را بهطور مستقل و طبیعی ببینید؛ دستکم فعلاً چنین امکانی وجود ندارد. با این حال، دفعه بعد که در راهروهای یک فروشگاه مواد غذایی قدم میزنید یا از کنار دشتی پر از گلهای وحشی عبور میکنید، به یاد داشته باشید رنگینکمانی که پیش چشم شما قرار دارد شاید دقیقاً همان چیزی نباشد که واقعاً در جهان وجود دارد. حتی ممکن است همین حالا رنگی غیرممکن در برابر چشمانتان حضور داشته باشد، بیآنکه سیستم بینایی شما قادر به دیدنش باشد.
