颜色视觉的心理学理论
三色理论
根据色觉的三色理论(也称为杨-赫尔姆霍兹理论),视网膜中有三种感受器负责色彩感知。
颜色视觉如何工作
视网膜包含数百万种感光细胞,称为视杆细胞和视锥细胞。当光线进入眼睛的瞳孔时,它会到达眼睛后部的视网膜。当视杆细胞和视锥细胞检测到光线时,它们会向大脑发送信号以进行解释。
视杆细胞对光线敏感,帮助我们在昏暗的光线下看到东西,而视锥细胞使我们能够在正常光照条件下识别颜色和细节。在三种类型的彩色感受器中,一种对绿色最敏感,另一种对蓝色最敏感,第三种对红色最敏感。这三种颜色的组合可以产生我们能够感知的所有颜色。研究人员建议,具有正常色觉的人能够区分多达一百万种不同的颜色。
感知任何颜色需要至少两种类型的感受器(二色视觉)。然而,所有三种颜色感受器的存在(三色视觉)允许组合形成光谱中可见的所有颜色。
三色理论背景
颜色是我们视觉体验的重要组成部分。它可以影响我们如何解释世界上的事物,影响我们的食欲和心情,甚至对某些人来说还具有象征意义。
但究竟是什么解释了我们对颜色的体验?许多理论已经出现来解释这一现象,其中最早且最著名的理论之一就是色觉的三色理论。
著名的研究者托马斯·杨和赫尔曼·冯·赫尔姆霍尔茨对三色理论做出了贡献。该理论始于杨支持一种不受欢迎的观点,即光以波的形式传播,他计算了可见光谱中每种颜色的波长。1802年,基于理解通过三种不同比例的颜色组合可以创造出所有可见光谱中的颜色,他提出眼睛只需要对三种颜色波长(红、黄、蓝)敏感的感受器,而不是每个颜色都需要一个感受器。
后来,在19世纪中期,研究者赫尔姆霍尔茨在此基础上进行了扩展,并提出眼睛中的光感受器对短波长(蓝)、中波长(绿)或长波长(红)敏感。他还提出,大脑解释环境中的颜色取决于同时由每个受体细胞检测到的信号强度。
通过一系列实验,赫尔姆霍尔茨证明,具有正常色觉的人需要有三个独特的光感受器,这些感受器对三种假设的光波长中的任何一种都具有优先敏感性,以便感知可见光谱中的所有颜色。
杨-赫尔姆霍尔茨理论
- 赫尔姆霍尔茨使用颜色匹配实验,参与者可以通过调整三种不同波长的光量来匹配测试颜色。
- 如果只使用两种波长,参与者无法匹配所有颜色,但如果使用三种波长,则可以匹配光谱中的任何颜色。
- 这个理论被称为杨-赫尔姆霍尔茨理论(也称为色觉的三色理论)。
颜色感受器
直到杨-赫尔姆霍尔茨色觉理论提出约70年后,才确定了三种负责色觉的颜色感受器。研究人员发现,感受器中的色素(视蛋白)对光波有不同的吸收水平。
三种不同的锥形感受器
- 短波长锥形感受器(S-锥)
- 中波长锥形感受器(M-锥)
- 长波长锥形感受器(L-锥)
人类可以看到从400纳米(紫色)到700纳米(红色)的波长范围。可见光谱包括七种主要颜色:红、橙、黄、绿、蓝、靛蓝和紫(用记忆口诀ROY G BIV记住)。
每种三种锥形感受器对蓝、绿或红的特定波长最敏感,当这三种波长结合时,会产生一百万种不同的颜色。感受器的敏感度也有所不同。蓝感受器最敏感,红感受器最不敏感。
大脑对颜色的感知需要来自至少两种不同类型感受器的输入。大脑必须解释传入刺激的波长和强度。通过比较每种被刺激的感受器的输入程度,大脑可以解释刺激源的颜色。
大多数人具有正常的三色视觉,但在极少数情况下,一些女性由于基因突变拥有四种类型的锥形感受器,这使她们能看到比大多数人多得多的颜色。这被称为四色视觉。
色盲
如果不提到色盲,我们就不能谈论色觉。色盲的根本原因是对一种或多种锥形色素的基因改变。
通常,色盲患者会失去辨别红色和绿色的能力,这表明M-或L-锥形感受器的损失或突变,导致对绿色或红色波长的敏感度降低。较少见的是蓝黄色色盲,由S-锥形感受器的丧失引起,对蓝色光的敏感度降低。患者在这种情况下难以区分蓝色和绿色,或红色和黄色。在极少数情况下,所有三种锥形色素都不存在,人们看到的世界只有灰度。
色觉类型
四种色觉类型包括:
- 单色视觉:500种灰色
- 二色视觉:10,000种颜色
- 三色视觉:100万种颜色
- 四色视觉:1亿种颜色
三色理论与对立过程理论
过去,三色理论经常被视为对立过程理论的竞争者,以解释色觉。今天,人们认为这两种理论都可以用来解释视觉系统的工作方式,而且每种理论适用于视觉过程的不同层次。
要点:
- 对立过程理论:神经层面的色觉
- 三色理论:感受器层面的色觉
总结
颜色视觉和感知是一个复杂的过程,涉及眼睛和大脑。三色理论解释了这一过程的一部分,集中在眼睛中的感光细胞,然后这些感光细胞向大脑发送信号。更多地了解这个颜色视觉方面的内容,是理解我们如何感知构成我们视觉体验的事物的重要部分。