Neden "kırmızımsı yeşil" hayal edemiyoruz?

Kısa cevap

Gözdeki üç koni türünün sinyalleri beyne olduğu gibi gitmez; retinada ve sonrasında birbirinden çıkarılıp üç karşıt kanala dönüştürülür: kırmızıya karşı yeşil, sarıya karşı mavi ve açığa karşı koyu. Bir kanal aynı anda iki yöne birden işaret edemediği için kırmızı ile yeşil, sarı ile mavi tek bir renkte bir arada görünmez; sarımsı mavi, bir ibrenin aynı anda hem sağa hem sola dönmesi gibidir. Konilerdeki üç renkli yapı ile sonraki karşıt yapı birbirini dışlamaz, görme sisteminin art arda iki aşamasıdır.

Dört renk, iki çift

Turuncuyu anlatmak isteyen biri "kırmızımsı sarı" der; mor için "kırmızımsı mavi", camgöbeği için "yeşilimsi mavi" denir. Görünür renklerin çoğu dört adın ikişerli birleşimiyle anlatılabilir: kırmızı, sarı, yeşil ve mavi. Ama iki birleşim hiç kurulmaz. Kimse bir boyayı "kırmızımsı yeşil" ya da "sarımsı mavi" diye tarif etmez; bu renkleri hayal etmeye çalıştığımızda aklımıza ya kahverengi ya da gri gelir, ya da iki rengin yan yana durduğu bir desen.

Alman fizyolog Ewald Hering 1870'lerde bu gözlemden yola çıkarak bir kuram önerdi. Ona göre görme sisteminde birbirinin karşıtı olan üç süreç çifti vardı: kırmızı ile yeşil, sarı ile mavi, beyaz ile siyah. Bir çiftin iki ucu aynı anda etkin olamaz; biri güçlendikçe öbürü bastırılır. Kırmızı ile yeşil tek bir renkte bir arada bulunamaz, çünkü aynı sürecin iki ayrı ucudur.

Bu dört renk, öbür renklerden farklı bir konumdadır. Turuncuda hem kırmızı hem sarı görürüz, ama "tam" bir sarıda ne kırmızı ne yeşil vardır. Bu tür tonlara benzersiz ton denir.

Karşıtlığı ölçmek

Hering'in fikri uzun süre bir gözlem olarak kaldı. 1950'lerde Leo Hurvich ve Dorothea Jameson onu ölçülebilir bir kurama dönüştürdü. Yöntemleri basitti: bir dalga boyundaki ışık, örneğin yeşilimsi sarı bir ışık gözlemciye gösterilir; gözlemci içindeki yeşil kaybolana kadar ona kırmızı bir ışık ekler. Yeşili yok etmek için gereken kırmızı miktarı, o ışığın yeşil tepkisinin ölçüsüdür.

Yöntem ancak karşıtlık gerçekse işler. Kırmızı ışık eklemek yeşili sessizce ortadan kaldırıyor ve geriye kırmızımsı yeşil değil, yalnız sarı bırakıyorsa, iki ton gerçekten aynı sürecin iki ucudur.

İki kuram nasıl uzlaşır?

BI-10'daki Young–Helmholtz kuramı üç koni türünü, Hering'in kuramı üç karşıt çifti anlatıyordu. Bir yüzyıla yakın bir süre ikisi rakip kuramlar gibi tartışıldı. Oysa aynı olayın iki ayrı basamağını anlatıyorlardı. Işık önce üç koni türünde yakalanır; sonra retinadaki ve beyne giden yoldaki sinir hücreleri bu üç sinyali toplayıp birbirinden çıkarır.

Kanallar kabaca şöyle kurulur. L ve M konilerinin sinyalleri toplandığında açık–koyu kanalı elde edilir. L sinyalinden M sinyali çıkarıldığında kırmızı–yeşil kanalı çıkar: L ağır basarsa kırmızıya, M ağır basarsa yeşile doğru bir sinyal. S konisinin sinyalinden L ile M'nin toplamı çıkarıldığında da sarı–mavi kanalı oluşur: S ağır basarsa maviye, toplam ağır basarsa sarıya doğru. Çıkarma işleminin sonucu tek bir sayıdır; artı ya da eksi olabilir, ama aynı anda ikisi birden olamaz. Sarımsı mavinin olmaması bu aritmetiğin algıdaki karşılığıdır.

Bu dönüşümü yapan sinir hücreleri 1960'larda maymunlarda bulundu. Hücre, tayfın bir bölümüne ateşleme hızını artırarak, öbür bölümüne azaltarak tepki veriyordu.

Uzlaşma tam bir örtüşme değildir. Derrington, Krauskopf ve Lennie 1984'te aynı bölgedeki hücreleri, eksenleri koni sinyallerine göre tanımlanmış bir renk uzayında incelediler: bir eksen boyunca yalnız parlaklık değişiyor, bir eksen S konisini, öbürü L ile M konilerini değiştirmiyordu. Hücrelerin büyük bölümü yalnız L ve M konilerinden karşıt, ama eşit ağırlıkta olmayan girdi alıyordu. Böyle bir hücrenin "kırmızı–yeşil"i koni sinyalleriyle tanımlanır; algıdaki benzersiz kırmızı ile benzersiz yeşilin gösterdiği yönle aynı olup olmadığı ayrı bir sorudur.

Bugünkü tablo şöyledir: karşıtlık gerçektir ve retinada başlar, ama algıdaki kırmızı–yeşil ve sarı–mavi çiftleri, erken aşamadaki koni eksenlerinin birebir kopyası değildir; aradaki dönüşümün ayrıntısı hâlâ araştırılıyor.

Yasak renkler görülebilir mi?

Kuramın en ilginç sınavı, "görülemez" denen renklerdir. Crane ve Piantanida 1983'te, kırmızı ve yeşil şeritlerin arasındaki sınırın görüntüsünü retina üzerinde sabitleyerek bu sınırın algıdan silinmesini sağladılar. Bazı gözlemciler bölgenin tamamını aynı anda hem kırmızı hem yeşil gördüklerini bildirdi. Billock, Gleason ve Tsou 2001'de deneyi iki rengin eşit parlaklıkta olduğu koşulda tekrarladı ve kırmızımsı yeşil ile mavimsi sarı raporlarını buldu. Hsieh ve Tse ise 2006'da çizgili desenlerle yaptıkları deneylerde algılanan renklerin yasak renkler değil, iki rengin arasındaki ara renkler olduğunu savundu.

Tartışma kapanmış değildir. Ama sonuç ne olursa olsun olağan görmeyi değiştirmez: yasak renk raporları, sınırın retinada özel bir düzenekle sabitlendiği laboratuvar koşullarından gelir.

Örnek — dört ten üç kanalda

Dört teni gün ışığında (D65) karşıt kanallarda hesapladık. Her tenin sRGB kodundan bir yansıma tayfı kurduk, bunu Stockman–Sharpe koni duyarlılıklarıyla L, M ve S sinyallerine çevirdik ve her sinyali aynı ışıkta beyaz bir yüzeyin sinyaline böldük. Nötr bir gride L ile M eşittir, S de ikisinin ortalamasına eşittir; iki renk kanalı sıfırdadır.

Dört ten de aynı çeyrekte durur: kırmızı–yeşil kanalında kırmızı yanda, sarı–mavi kanalında sarı yanda. Bu, DT-10'da tenlerin renk çemberinin turuncu diliminde durduğunu söyleyen gözlemin koni düzeyindeki karşılığıdır; turuncu, kırmızımsı sarıdır. En büyük fark ise açık–koyu kanalındadır: en açık ten en koyudan yaklaşık yirmi kat daha güçlü bir sinyal verir. Renk kanallarındaki farklar daha küçüktür ve düz bir sıra izlemez; orta koyulukta bir ten her iki renk kanalında en yüksek değeri alır. Tenler arasındaki çeşitliliği yalnız "açık" ve "koyu" diye anlatmak bu yüzden eksik kalır: iki ten aynı açıklıkta olup kırmızı ile sarının dengesinde ayrılabilir. Hesap bir modeldir; tayflar sRGB kodlarından kurulmuştur ve gerçek bir ten ölçümünün yerini tutmaz.

Sık yapılan yanlış

Özet

1. Koni sinyalleri beyne karşıt kanallar olarak taşınır: kırmızı–yeşil, sarı–mavi ve açık–koyu; bir kanal aynı anda iki uca işaret edemediği için kırmızımsı yeşil ve sarımsı mavi olağan görmede algılanmaz.
2. Hurvich ve Jameson karşıtlığı ton iptaliyle ölçtü; De Valois ve arkadaşları beyne giden yolda karşıt hücreleri buldu. Bölge kuramı üç koni ile karşıt kanalları art arda iki aşama olarak birleştirir, ama algıdaki benzersiz tonlar koni eksenlerinin birebir kopyası değildir.
3. Dört ten de karşıt kanallarda kırmızı ile sarının çeyreğinde durur; en büyük fark açık–koyu kanalında, yaklaşık yirmi kattır, renk kanallarındaki farklar daha küçüktür ve düz bir sıra izlemez.

Kendini sına

1. (Kolay) Karşıt süreç kuramındaki üç kanal hangileridir?
2. (Kolay) Benzersiz sarı nasıl bir tondur?
3. (Orta) Sarımsı mavi neden mümkün değildir?
4. (Orta) Ton iptali yöntemi bir ışıktaki yeşilin gücünü nasıl ölçer?
5. (Zor) Üç renk kuramı ile karşıt süreç kuramı neden birbirinin rakibi sayılmaz?
6. (Zor) Dört ten karşıt kanallarda nasıl ayrılır ve bu, tenleri yalnız "açık" ve "koyu" diye sınıflamak hakkında ne söyler?

Cevaplar

1. Kırmızı–yeşil, sarı–mavi ve açık–koyu; ilk ikisi rengi, üçüncüsü parlaklığı taşır. Bkz. "Dört renk, iki çift".
2. Başka hiçbir tonun izini taşımayan, ne kırmızımsı ne yeşilimsi olan sarıdır; kırmızı, yeşil ve mavi için de benzersiz tonlar tanımlanır. Bkz. "Dört renk, iki çift".
3. Çünkü sarı ile mavi aynı kanalın iki ucudur; bu kanal S konisinin sinyalinden L ile M'nin toplamını çıkarır ve sonuç aynı anda hem artı hem eksi olamaz. Bir renk sarıya doğru sinyal veriyorsa maviye doğru veremez. Bkz. "İki kuram nasıl uzlaşır?".
4. Yeşilimsi bir ışığa, içindeki yeşil kaybolana kadar kırmızı ışık eklenir; gereken kırmızı miktarı o ışığın yeşil tepkisinin ölçüsüdür. Bkz. "Karşıtlığı ölçmek".
5. Çünkü ikisi aynı sistemin art arda gelen iki aşamasını anlatır: ışık önce üç koni türünde yakalanır, sonra sinir hücreleri koni sinyallerini toplayıp çıkararak karşıt kanallar oluşturur; bölge kuramı bu birleşimdir. Bkz. "İki kuram nasıl uzlaşır?".
6. Dört ten de kırmızı ile sarının çeyreğinde durur; en büyük fark açık–koyu kanalındadır, en açık ten en koyudan yaklaşık yirmi kat güçlü sinyal verir. Renk kanallarındaki farklar daha küçüktür ve düz bir sıra izlemez; iki ten aynı açıklıkta olup kırmızı ile sarının dengesinde ayrılabileceği için yalnız açık–koyu sınıflaması eksik kalır. Bkz. "Örnek".

Kaynaklar

• Hering, E., Outlines of a Theory of the Light Sense, çev. L. M. Hurvich ve D. Jameson, Harvard University Press, 1964.
• Jameson, D. ve Hurvich, L. M., «Some quantitative aspects of an opponent-colors theory. I. Chromatic responses and spectral saturation», Journal of the Optical Society of America 45(7): 546–552, 1955.
• Hurvich, L. M. ve Jameson, D., «An opponent-process theory of color vision», Psychological Review 64(6): 384–404, 1957.
• De Valois, R. L., Abramov, I. ve Jacobs, G. H., «Analysis of response patterns of LGN cells», Journal of the Optical Society of America 56(7): 966–977, 1966.
• Derrington, A. M., Krauskopf, J. ve Lennie, P., «Chromatic mechanisms in lateral geniculate nucleus of macaque», The Journal of Physiology 357: 241–265, 1984.
• Webster, M. A., Miyahara, E., Malkoc, G. ve Raker, V. E., «Variations in normal color vision. II. Unique hues», Journal of the Optical Society of America A 17(9): 1545 vd., 2000.
• Crane, H. D. ve Piantanida, T. P., «On seeing reddish green and yellowish blue», Science 221(4615): 1078–1080, 1983.
• Hsieh, P.-J. ve Tse, P. U., «Illusory color mixing upon perceptual fading and filling-in does not result in 'forbidden colors'», Vision Research 46(14): 2251–2258, 2006.

Sonraki adım

TK-10 algıdan bir atölyeye geçiyor: İznik ustalarının önce yalnız mavi ile beyazla çalışıp sonra palete turkuaz, yeşil ve sırın üstünde kabaran bir kırmızı kattığını, her yeni rengin fırında ne tür bir zorluk çıkardığını ve bu çinilerin camilerde nasıl kullanıldığını anlatıyor; kabarık kırmızının neden teknik bir başarı sayıldığını soruyor. Karşıt kanalların uzun bakıştan sonra bıraktığı izi, ardıl görüntüleri BI-14 anlatıyor; aynı iki karşıt ekseni bir renk uzayının eksenleri olarak BI-19 kullanıyor.