27. septembra 2020

Ako fungujú okuliare na farbosleposť?

(Nadpis je otázka od Martina)

Začnime zhurta: farby objektívne neexistujú. Existuje len svetlo rôznych vlnových dĺžok. Je to malý, no podstatný rozdiel.

Pre potreby tohto článku si môžeme svetlo predstaviť ako súbor malých guličiek, tzv. fotónov. Fotóny majú svoju vlnovú dĺžku a jej odpovedajúcu energiu (nebude to podstatné, no pre úplnosť: čím menšia vlnová dĺžka, tým väčšia energia).

Sietnica ľudského oka obsahuje tri druhy buniek zodpovedajúce za farebné videnie. Prvý druh je citlivý hlavne na svetlo s vlnovou dĺžkou okolo 420 nm (nanometrov), druhý na 534 nm a tretí na 564 nm.

Keď na sietnicu dopadá svetlo s vlnovou dĺžkou 420 nm, receptory (čapíky) prvého druhu vysielajú signály do mozgu, ostatné mlčia.

Bunky sú citlivé aj na vlnové dĺžky, ktoré sa líšia od ideálnej hodnoty. Ak napríklad dopadá svetlo s vlnovou dĺžkou 440 nm, ozývajú sa receptory prvého aj druhého druhu, tretie prevažne mlčia, no občas pípnu aj tie.

Zatiaľ som sa úmyselne vyhýbal slovu „farba“ – mali sme len fotóny rôznych vlnových dĺžkok, ktoré po dopade na čapíky troch rôznych typov stimulovali nervové vzruchy; kde sa teda berú farby?

Farby sú interpretáciou týchto nervových signálov mozgom.

Ak napríklad do mozgu prichádza signál len z receptorov prvého druhu, mozog tomu priradí nálepku „modrá“.
Väčšinou však prichádzajú impulzy zo všetkých receptorov a každému pomeru odpovedá iná farba. Keď napríklad reagujú prevažne prvé receptory, no mierne aj druhé, tak rozum povie: aha, toto je azúrová farba.

Keď neprichádzajú žiadne signály, mozog to interpretuje ako čierne. Ak prichádzajú v rovnakom pomere zo všetkých receptorov, je to biela. Všetky ostatné farby sú niečo medzi – signály prichádzajú v nerovnakých pomeroch.

Vďaka tomuto je tak ľahké oklamať mozog a vytvoriť úplne hocijakú farbu. Na obrazovke ich vidíte milióny, no sú vyskladané iba z troch, napríklad RGB (červená, zelená, modrá). Namiešaním vhodných pomerov presvedčíme mozog, že sa pozerá na fialovú, hnedú, oranžovú… stačí, aby boli receptory v oku stimulované v správnych pomeroch.

A práve preto bol taký významný objav kvalitného modrého LED svetla (za ktorý bola udelená Nobelova cena). Červené a zelené LEDky už existovali a spolu s modrou dokážu pre ľudské oko namiešať hocičo. Píšem pre ľudské, lebo niektoré zvieratá (napríklad morské ústonôžky) majú receptory aj na desať rôznych farieb.

Vráťme sa však k pôvodnému problému – farbosleposti. Existuje veľa foriem, niektorým ľudom napríklad chýbajú receptory jedného druhu a niektoré farby teda nevnímajú (obr. hore) – týmto okuliare na farbosleposť nepomôžu.

Iný však majú problém, ktorý sa riešiť dá. Majú receptory všetkých troch farieb, no mierne zmenenú citlivosť na vlnové dĺžky. Napríklad citlivosť ich zelených receptorov nedosahuje maximum pri hodnote 534 nm, ale napríklad pri 544 nm – veľmi blízko maxima pre červené farbu.

Prakticky to znamená, že pri veľkom intervale vlnových dĺžok (napríklad 534 – 564 nm) reagujú červené aj zelené receptory prakticky rovnako a mozog to interpretuje tak, že takmer všade vidí takú škaredo svetlohnedú farbu.

Okuliare na farbosleposť (výrobca EnChroma) robia vlastne niečo pomerne jednoduché – túto spornú časť vlnových dĺžok odfiltrujú (šedý pás na obr. v strede).

Výsledný efekt je drastický – z pohľadu farboslepých ľudí odstránia tú všadeprítomnú hnedú… no ostatné farby zostanú, a tak ich môžu konečne naplno vnímať (obr. dole).

Videá ľudí, ktorí tieto okuliare vyskúšali, sú pomerne dojímavé (https://www.youtube.com/watch?v=hqHlIRZnF38) a je to pekná ukážka toho, ako nám technológie pomáhajú zlepšovať životy.

Farby berieme ako samozrejmosť, no sú nesmierne fascinujúce a krásnym spôsobom sa v nich prelína fyzika s biológiou a neurológiou. Objektívne vlastne neexistujú, no subjektívne sú jednou z najdôležitejších vecí vôbec.

[Samuel]

Pridaj komentár