İnsan Gerçekten Hayret Ediyor: İlginç Deneylerle Görme Eyleminin Tüm Fizyolojisi

entry’nin konusu “renk” ve “gözümüzün rengi nasıl algıladığı” (hayır, renklerin algılanmasının öznel olabilme ihtimali değil, daha ziyade işin fiziği ve fizyolojisi). bu mevzu hakkında çokça yanlış bilgi dolanıyor. dahası, konunun arka planını öğrenince pek çok noktada insanın ufku genişliyor. şu aralar hem sözlükte "yanlış"ları çok görüyorum, hem de günlük hayatta soran eden çok çıkıyor diye tek bir noktada entry ile konunun büyük çoğunluğunu netleştireyim dedim. ileride de "bu yanlış" dendiğinde dönüp referans olarak gösterilebilsin diye karalıyorum.

uzun uzun karalıyorum da, "bunu okuduğuma değer mi? ne öğrenecem sonunda" demekte kısmen haklısınız. mevzu (özellikle renk bazında) insan nasıl görüyor, yıllarca duyduğumuz çubuk hücre/konik hücre neyin nesi? fotoğraf makinemin beyaz dengesi ile benim renk algımın ne ilgisi var? rgb, cmyk bunun neresinde? pembe renk spektrumda yoksa beynim uyduruyor mu? ben renkleri görüyor muyum yoksa beynim boyuyor mu? beynim boyarken sadece gözlerime mi güveniyor yoksa "öğrenilmişlik" bunda katkı sağlıyor mu? öğrenilmişlik içinde kullandığımız dilin etkisi var mı? beynimizin sağ ve sol yarısı bu süreçte ne kadar etkin? peki ya renk körlerinin olayı nedir? hayvanlar renk körü mü? bizim renkleri görüşümüzin evrimi hakkında bildiklerimiz neler? gözümüzle beynimiz arasındaki sinyalleri ters çeviremiyor muyuz? gibi gibi konular...

bütün bunları anlamak için mevzunun abc'sinden başlamak gerekiyor o yüzden kiminiz için biraz tekrar olacak, affola.

fotoğraf çektiğiniz zaman, hepinizin tahmin edeceği üzere aslında minik minik noktalar ile ışığı temsil ediyoruz. bu minik minik noktalara malum piksel deniliyor. eski fotoğraf filmlerinde bu "piksel"lere "grain" deniliyordu, küçük kimyasal hücreler halinde olduklarından. eskiden "yüksek asa'lı" fotoğrafların baskısı hakkında "çok grenli çıkmış" denmesinin sebebi buydu. bayaa bu hücreler görünür hale geliyor bir noktadan sonra.

örnek

bu konuda oldukça başarılı bir efsane vardı (bkz: kodak t-max) ancak 2012'de maalesef üretimi durduruldu.

şimdi bu "hücreler" dijital fotoğraf makinelerinde elektronik olarak sağlanıyor. pratikte hala "piksel" deniliyor ama teknik ismi photosite, aradaki fark birazdan netleşecek.

bu photosite'lara ışık düşüyor, ve makinanız bunları bir rakama dönüştürüyor. fotoğraf makinanızın "kalitesine" göre bu rakamların temsil edilme aralığı değişiyor ama şimdilik 0-255 arasında diyelim (8bit, çünkü 2^8=256). hiç ışık düşmemişse 0 değerini kaydediyor o "piksel" için, orta miktar ışık düşmüşse 120 mesela, çok ışık düşmüşse 255 gibi...

burada hiçbir renk bilgisi yok. ama fotoğraf makinanız özellikle insan gözünün duyarlı olduğu bölgeye göre tasarlanmış. örneğin eğer insan gözüne uygun değil de, tıp amaçlı geliştirseydik ve kızılötesine duyarlı dedektör kullansaydık, yine benzer mantık olacaktı. öyleyse makine renk falan bilmiyor, sadece sayı biliyor. bu yüzden buna monochrome deniliyor (mono: tek, chrome: renk). iyi de biz renkli fotoğraf istersek bunu nasıl yapacağız?

işte bu noktada thomas young isimli muazzam fizikçi abimiz devreye giriyor.

1802'de ortaya bir teori atıyor ve diyor ki "bence gözümüzde üç farklı renge duyarlı hücreler var, biz bu hücreler sayesinde renk algılıyoruz" diyor. bu yüzden bu teoriye "trichromacy" deniliyor (3 renklilik). 1850'lerdeyse hermann von helmholtz bu teoriyi "biraz daha" ilerletip bu üç rengin kırmızı, yeşil ve mavi olabileceğini söylüyor.

ve şöyle bir duyarlılık grafiği ortaya çıkıyor

sonra müthiş adam james clerk maxwell bunun pratikte uyarlaması olup olamayacağını test etmek için şöyle bir şey yapıyor.

gidiyor kırmızı, yeşil ve mavi filtrelerle bir "şeyin" fotoğrafını üç kere çekiyor ve bunları basıp o filtrenin rengine boyuyor. kısacası elinde aynı şeyin 3 farklı renkli hali var. sonra bunları üç farklı projektör ile aynı noktaya yansıtıyor.

ve elimizde tarihteki ilk renkli fotoğraf oluyor. 

(aslında fotoğrafı maxwell kendi çekmiyor, bir dersi için öğrencisine çektiriyor ama yöntem maxwell'in)

burada gördüğümüz mevzu, aslında farklı renklerle elde edilmiş verinin "birleştirilmesi". kısacası renkleri üst üste ekliyoruz, buna "additive coloring" deniliyor.

burada bir problem var: 3 farklı renk ile fotoğraf çekeceksek, aynı anda çekemiyoruz. bu zor problemi çözmek için de kodak'ta çalışan abilerinden bryce bayer şöyle bir öneri getiriyor: yukarıda bahsettiğimiz "grainler" ve "photositelar" vardı ya hani üzerine ışık düşen; ben bunların dip dibe olanlarına sırayla bir kırmızı, bir yeşil, bir mavi filtre koyarım, sonra bu üçünü "toplarım" ve elimde aynı anda çekilmiş renkli bir görüntü olur. bayer'in bu dizisine "bayer pattern" (veya "bayer filter") deniliyor (bkz: bayer pattern). günümüzde çeşitleri türedi, fuji kendi bir yöntem izliyor örneğin. ama mantık hala aynı.

wikipedia'dan görsel gelsin:

burada 4 "photosite"dan oluşan bir kare aldığımızda, içinde bir mavi, bir kırmızı, iki de yeşil hücre oluyor. bu yeşil hücrelerin genelde ortalaması alınıp rgb değerleri ayrı ayrı elde edilmiş oluyor. sonra da bu 4 photosite aslında tek bir noktayı temsil ediyor. işte gerçek "piksel" bu. bu yüzden siz monitörünüzde bir noktayı tıkladığınızda üç farklı 0-255 aralığında değer gösteriyor size, rgb için ayrı ayrı...

neden iki tane yeşil var burda?

çünkü güneş en çok bu "renkte" ışınım yapıyor (evet, güneş aslında yeşil renklidir, sarı değil), gözümüzün duyarlılığının tam ortasına yeşil denk geliyor (güneş’in en çok ışınım yaptığı renkle aynı olması bir tesadüf olabilir mi?hello doğal seçilim) ve bayer de bunu buraya koyup "en azından ışık duyarlılığımız artar" demiş. sonradan kodak alternatif bir yöntem daha sundu. yeşillerden birini kaldırdı ve önüne hiç filtre falan koymadı, buna da "beyaz ışık" dedi. böylece elinizde bir piksel için red, green, blue ve white bilgisi var (rgbw). hangisinin daha verimli olduğuna girmeyeceğim.

{ dijitalciler için süslü-parantez: farkındaysanız 4 tane photosite ile 1 piksel temsil edebildik, yani çözünürlüğümüz 4’te 1’e düştü. bu gerçekten de böyledir, o yüzden medikal veya bilimsel görüntülerde tercih edilmeyebilir. ccd’ler ile görüntüleme terimlerinin bir kısmı için (bkz: bir astronomi kılavuzu olarak ekşi sözlük/#12338722) }

burada bir noktayı daha netleştireyim, farkındaysanız bu rgb ile kullanılan "additive color theory"de renklerin tanımını aslında yapmadık (“çünkü o sadece bir teori” diyen arkadaşlar kendini camdan atabilir, hello yapay seçilim). yani kırmızı dedik ama, kırmızı hangi dalgaboyuna karşılık geliyor tam olarak? bunu söylemez bu teori. additive color theorynin "uygulamasını" yaparken bunu belirtmek gerekir. işte bunlara absolute color space denilir (mutlak renk uzayları) ve bunlar çokça gördüğünüz srgb, adobe rgb, ntsc, pal, secam... tamamında bu renklerin dalgaboyları da tanımlı oluyor (ntsc, pal, secam standartlarında renk dışında zaman bilgisi de var ama konumuz dışında).

yani bu yazıyı okurken size aslında monitörünüz, telefonunuz üç tane renk gönderiyor dip dibe, bunlar da "eklenerek" renk oluşturuyor. beyninizde bu sürecin nasıl oluştuğuna daha gelmedik, geleceğiz.

ama elektronik cihazlar bir yana, aslında çimenlere baktığınızda mesela durum böyle olmuyor. çimen yeşil ama, çimen size yeşil renkte ışık mı gönderiyor? tam olarak değil. öyle olsaydı karanlıkta çimenler parıl parıl parlardı. asıl olan, üzerine tuttuğunuz ışık kaynağı her neyse (genelde güneş) çimen bunları soğurma/yansıtma eğiliminde, ve kendisi de çoğunlukla yeşili yansıtıp diğerlerini soğuruyor. öyleyse çimene yeşil rengini veren aslında üzerinden bazı renklerin "eksik" olması. yani rgb'dekinin tersi oluyor burada. beyaz ışıktan bir sürü rengi çıkartıyoruz, geriye yeşil kaldığı için kendisini yeşil görüyoruz.

işte buna "subtractive color theory" deniliyor. öyleyse beyaz ışıktan bir şeyler "çıkartarak" renk oluşturacaksam, rgb'nin kendisi değil de, ikili kesişimlerindeki renkleri kullanmam gerekecek. cyan, magenta, yellow. buradaki kritik nokta, renklendirdiğim şeyin kendisinin bir ışık kaynağı olmaması, aslında bir yansıtıcı olması. bu yüzden beyaz kağıda basılı materyal hep cmyk renk uzayını kullanıyor. çünkü siz bunları okurken dışarıdan başka kaynakla aydınlatacaksınız.

"iyi de cmy diyorduk, k nerden çıktı?"

beyaz ışıktan hem cyan, hem magenta, hem de yellow çıkartılırsa geriye ne kalır? hiçbir şey, dolayısıyla siyah rengi subtractive methodla oluşturabilmek için bütün renkleri çıkarma işleminde kullanmamız gerekiyor. bu hem baskı için maaliyet, hem de üç rengi aynı noktaya basmak gerek demek. pratik nedenlerden dolayı yazıcılara "key plate"in kısaltması olan k harfiyle temsil edilen siyah kartuş ekliyoruz, üç rengi birden basacağımıza siyah basıyoruz oluyor bitiyor.

ister "additive" ister "subtractive" oluşturun, renk renktir. additive method ile yaklaşacak olursak, bayer filtresinde kullanılan rgb süzgeçlerin her birisi belirli bir dalga boyu aralığını geçiriyor. bunun üstüne bir de sizin kulandığınız dedektör (elektronik alet) her renge farklı miktarda tepki verebiliyor. genellikle dedektörler mavi tarafa daha duyarlıdır ama bu değişkenlik gösterir.

birkaç cihazın birden ışığa ne kadar tepki verdiğini gösteren grafik için buyrun.

bu grafiklere "quantum efficiency" denilir. (bkz: kuantum etkinliği) özellikle bilimsel amaçla bir gözlem yapacaksanız (teleskoplar, mikroskoplar, tıbbi cihazlar vb.) buna dikkat etmek gerekir.

şimdi hem dedektörümüzün quantum etkinliği, hem de rgb filtreleri sayesinde, aslında elimizde 3 değer oluyordu hatırlarsanız. gözde de neredeyse bunun aynısı oluyor.

gözün görmesi kabaca ışığın gözün dışındaki saydam yerden geçmesi (cornea), buradan iris bölgesinden geçmesi (renkli kısım), gözdeki bir mercekten geçmesi, bu mercek sayesinde ışığın retinada odaklanması, retinadaki ışığa duyarlı hücreler aracılığıyla sinyalin beyne iletilmesiyle gerçekleşiyor.

cornea kabaca koruyucu tabaka. biri gözünüzü parmakladığında buraya değiyor.
iris aslında gözünüzün "diyaframı". çok ışık olduğunda kısıyor kendini. az ışık olduğunda açıyor. flaşlı fotoğraflarda gözü kırmızı çıkanların aslında iris'i yeterince hızlı tepki veremediği için "diyafram" kısılmıyor, retinanın da arkasına denk gelen "fundus" kısmı aydınlanıyor.

bayaa kırmızı burası o yüzden o kırmızılık görülüyor.

{{ çift süslü parantezimi pazardan tray-ban gözlük alan teyzelere ithaf ediyorum: retinaya giden ışığın şiddetini belirleyen açıklığın büyüklüğünü iris sağlıyor, ortamın ne kadar aydınlık olduğunu da görsel ışıkla anlıyoruz. kısacası ortam ne kadar parlaksa gözünüz o kadar kısılıyor. şimdi siz güneş gözlüğü takınca, gözünüz “az ışık” algıladığı için diyafram/iris açılıyor. normal ve beklenen bu. ama eğer güneş gözülüğünüz morötesi ışığı süzmüyorsa, gözlüğünüzden bu radyasyon geçiyor demektir, eğer güneş gözlüğünüz olmasaydı iris kendini kısacaktı, şimdi ortalığı karanlık sanıp eşek gibi açtı. nooldu? göz bebeğiniz -iris- daha çok morötesi ışınıma maruz kaldı.

kısacası “uyduruk güneş gözlüğü gözünüz için daha zararlı” doğru bir ifade. doğrudan görüşünüzü etkilemiyor çünkü mevzu mercekle ilgili değil, birazdan tanışacağımız hücrelerin zarar görmesiyle ilgili. ayrıca gözümüz acıya pek duyarlı değil, dolayısıyla morötesi radyasyonun farkına bile varamıyor, galileo'yu teleskoptan baktıktan yıllar sonra kör olmaya yakın hale getiren de budur, teleskopla güneşe baktığında gözü “acısaydı” akıllanırdı ama gözün öyle bir özelliği yok. hatta, akşamdan kalma olduğunuzda başınız ağrır ya, eğer başınızın tamamı değil de daha ziyade ön tarafı ağrıyorsa aslında ağrıyan gözlerinizdir. susuzluk gözünüze yansımıştır, gözünüz acıyı iletmekte boktan olduğu için başınız ağrır sanırsınız, gözünüze damla damlatın epey rahatlarsınız. ha başınızın tamamı ağrıyorsa sıçtınız, beyniniz susuz kalmıştır, onun damlası yok… tek çare zaman teyzecim... }}

sonra bir mercekten geçiyor ışık. bu merceğin görevi ışığı retinaya odaklamak.

gözlük takma sebebiniz genellikle bu işi yeterince iyi yapamaması. miyop ve hipermetrop durumlarında aslında merceğiniz ışığı odaklayabiliyordur, ama yanlış yere odaklıyordur. biraz ileri/geri düşer görüntü. ama yine de (liseden hatırlayacaksınız) merceğinize "paralel gelen" ışınlar "aynı noktaya" düşer. astigmatism ise böyle değildir. merceğin "yoğunluğu" farklı noktalarda farklıdır. bu yüzden "paralel gelen ışınlar başka başka yerlere düşer". böyle olunca ortada bir odak noktası yoktur. bu yüzden tedavisi daha zor, insanlar "benim gözüm 0.5, ama astigmat!" deyince bomba gibi düşer konuşmaya. zaten sözcüğün etimolojisi ufkunuzu genişletecektir: "stigma" latince "doğru, işaret" gibi anlamlara geliyor. bazı hristiyanların "doğru yolu" olan stigmata da buradan geliyor mesela. "astigma" ışığın "tek noktada toplanamaması"ndan geliyor. peki kim fark etmiş ilk bunu? 1793 senesinde fizikçinin teki kendi gözünde "astigmatizm" olduğunu fark ediyor ve bunu tedavi edecek yöntemi de geliştiriyor. kendisi "rgb" renk uzayını ilk defa tanımlayan thomas young'dan başkası değil… (kalp)

mercekten "doğru" bir şekilde odaklanmış ışık ise meşhur retina'ya düşüyor. artık burada çeşitli hücreler ışığı "ölçüyor" ve beyne iletiyor.

kısacası retina'daki hücreler, bizim fotoğraf makinalarımızdaki "photositelar" ile aynı işi yapıyor. burada iki tip hücre var. meşhur konik hücreler (cones) ve çubuk hücreler (rodes). bu ismi almaları tamamen hücrelerin şeklinden ötürü.

şimdi bu iki tip hücrelerin temeldeki farkı şu: çubuk hücreler düşük ışığa daha duyarlı. kısacası karanlıkta çubuk hücreler iş görüyor, ama karanlıkta siyah beyaz görmemizin sebebi de bu. önce konik hücrelerin nasıl renkli görmemizi sağladığını anlarsak, gece neden siyah/beyaz gördüğümüz netleşecektir.

tek tip konik hücre yok, tahmin edeceğiniz üzere 3 tip var. bunların yaptığı iş, üzerlerine düşen ışığın "şiddetini" sinir sistemi yardımıyla beyne göndermek, ama üçü de ışığın "farklı dalgaboyları"na duyarlı. hani bayer filtremizde rgb için farklı süzgeçler kullanmıştık, her biri için farklı bir "quantum efficiency" grafiği elde etmiştik ya, işte burada da durum öyle. üç konik hücre tipi s, m, l harfleriyle temsil ediliyor. short, medium ve long'un kısatılmışı, sırasıyla bunlar ışığın kısa, orta ve uzun dalgaboylarına karşılık geliyor. yani tahmin edeceğiniz üzere kısa dalgaboyundan sorumlu s-cones aslında mavi civarındaki ışığı algılıyor.

şuradaki grafiğe bakarsanız, hangi tip konik hücrenin hangi dalgaboylarına duyarlı olduğunu görebilirsiniz.

burada çok çok kritik bir nokta var: gördüğümüz spektrumun neredeyse tamamında birden fazla hücre duyarlı.

örneğin gözümüze 520 nm dalgaboyunda 1000 tane foton düştü diyelim. bu s-cones'da çok düşük şiddetli bir ölçüme sebep oluyor (0-255 arasında gibi düşünün) m-cones üzerinde epey yüksek şiddetli, l-cones üzerinde de orta halli bir şiddet. bu üçünün de sinyali beynimize gönderiliyor: beynimiz de "hmm benim şu hücrelerim bu kadar gördüyse, bu hücrelerim bu kadar gördüyse, bu olsa olsa 520nm bir ışık olsa gerek, onun da rengini görsel olarak şöyle ifade diyorum" deyip boyama işlemini yapıyor. yani eğer tek tip konik hücremiz olsaydı, sadece gri-tonlarında (grayscale) oluşan bir görüntü elde edecektik (çünkü elimizde sadece ışığın şiddeti bilgisi var). dolayısıyla konik hücreler tek başlarına monochromatik davranırlar, tıpkı rgbw uzayındaki fotoğraf makinesinin w hücresi gibi (veya g ile b olmadan tek başına r’nin varlığı gibi).

peki çubuk hücreler?

çubuk hücreler ışığa "çok çok" daha duyarlı, ama gözümüzde tek tip çubuk hücre var. yani bütün çubuk hücrelerimizin quantum efficiency'si aynı dalgaboyu aralığına denk geliyor. eh, gece konik hücreler de pek iş görmüyor, böyle olunca elimizde kıyaslayacak bilgi yok, siyah beyaz görüyoruz.

şu grafikten çubuk hücrelerin dalgaboyu duyarlılığı ile konik hücreleri kıyaslayabilirsiniz. (soğuruculuk normalize edilmiş, yani aslında kesikli eğrinin tepe noktası çoooook çok daha yukarılarda olmalıydı ama o zaman diğer eğriler kaybolur giderdi)

şimdi çubuk hücreleri aradan çıkarıp tekrar "renkli" hücrelerimize geri dönelim.

hatırlarsanız rengi oluşturabilmek için additive ve subtractive yöntemlerimiz vardı. örneğin sarı renk spektrumda 580nm dalgaboyuna karşılık gelir. öyleyse gözümüze 580nm ışık gelse, üç konik hücremiz farklı ölçüm yapacak, beynimiz bunları tartacak ve "sarıya" boyayacak. iyi de ben göze iki rengi "ekleyerek" göndersem: 620nm + 540nm ? bu durumda gözümüz bunu yine 580nm olarak algılayacak, yine sarı görecek. çünkü additive bir renk oluştu. (rgb monitörleriniz size sarı göndermiyor doğrudan, böyle iki dalga gönderiyor) eğer böyle olmasaydı, maxwell'in projeksiyonla üst üste koyduğu görüntüler bize renksiz görünmeliydi. kısacası beynimiz 620nm + 540nm ile 580nm arasındaki farkı algılayamaz. bu şekilde farklı dalgaboylarının birleştirilerek aynı renklerin elde edilmesi durumuna metamerism denilir ve bu renklere metamerik renkler denilir.

benzer şekilde konik hücrelerimizin uyarılması, elektromanyetik spektrumda olmayan bir takım renklerin de beynimiz tarafından boyanmasına sebep olur. bunun en meşhuru pembedir. ancak yanlış bir ifadeyle "spektrumda yoksa, pembe bir renk değildir" diyenler var. aman diyeyim. sadece beynimiz "boyarken" biraz farklı boyuyor. yoksa bayağı renk pembe. hem rgb ile “toplayarak”, hem de cmy ile “çıkartarak” elde edebiliyoruz kendisini.

deminden beri baktığımız "gözümüzün quantum efficiency" grafiklerini elektromanyetik spektrumdaki renklerle birlikte inceleyecek olursak garip bir durum açığa çıkıyor.

bizim "kırmızıya duyarlı" dediğimiz konik hücrelerin tepe noktası bildiğin turuncuya tekabül ediyor. aslında işin matematiğini kaptıysak şöyle dememiz lazım: "ne fark eder ki, sonuçta kırmızı tarafa doğru farklı duyarlılık veren iki hücremiz var, bunların algılama farkı bana kırmızı rengin tonlarını söylemeye yeter". aynen öyle. o yüzden kırmızı duyarlılığımızda bir problem yok. dahası, gözümüzdeki konik hücrelerin sayısı da eşit değil, kırmızı taraftakilerin sayısı daha fazla. keşke mesela 3 değil de 30 çeşit konik hücremiz olsaydı, bu durumda renkleri daha hassas algılardık? gerçekten de öyle. kırmızıdan daha ötesini göremiyoruz, bunu ilk ölçen adam william herschel isimli bir gökbilimci. müthiş deneyi hakkında bilgi edinmek için (bkz: #18709458)

zaten bu sayede sarı-yeşil bölgedeki renk tonu farklılıklarını gözümüz daha iyi algılar. çünkü m-cone ve l-cone (yeşil ve kırmızı) eğrilerinin tepe noktaları birbirine çok yakın. böyle olunca renk algımız asimetriktir. bazı renk tonları arasındaki farklılıkları daha iyi algılarız. 

iyi de bunlar neden bu kadar yakın? bu sorunun cevabını vermeden önce başka bir soruyu yanıtlayalım.

hani 3 çeşit konik hücremiz vardı ya. diyelim ki bunlardan birisi arızalı? gerçekten de erkeklerin %8'inde, kadınların %0.45'inde ya orta ya da uzun dalgaboyu konik hücreleri arızalı. yani bu kişiler için o bölgede tek grafik var, dolayısıyla kesişimleri algılamıyorlar. sonuç? kırmızı-yeşil renk körlüğü oluyor. bu kişiler için artık 3 hücre yok, yani trichrome görmüyorlar, iki hücre olduğundan buna dichromacy deniliyor. bazı ekstrem vakalarda, kişilerin bir gözünde 3 konik hücre varken, diğer gözünde 2 konik hücre olabiliyor. kişinin tek gözü renk körü yani.

daha az görülen bir renk körlüğü tipi, mavi taraftaki hücreleri olmayan kişiler. bunlar için mavi renk yoktur, 100bin kişiden 2'sinde görülür. daha vahimi geliyor, kimi insanlarda 3 konik hücreden 2'si bulunmaz. tek konik hücreyle yaşıyorlar yani. bunlara monokromat deniliyor çünkü tek renkli bir dünyaları var, yani renksiz. bitmedi. kimilerinde 3 konik hücre de arızalıdır. bu insanlar sadece bizim gece görüşümüzde kullandığımız çubuk hücrelerini kullanabildikleri için çubuk monokromatı adını alırlar.

bu bilgiler ışığında “renk körlüğü testi” diye gösterilen görüntüler biraz daha anlam kazanmıştır sanırım.

burada görmenizi bekledikleri rakamlar hep çevresiyle “az renk farklılığı” içerenler, veya özellikle belirli konik hücrelerin arızalı olduğu durumlarda ayırt edilemeyecek renkler.

yani şu görüntüdeki 57’yi görememeniz ile

şu görüntüdeki 5’i görememeniz

hangi konik hücrelerinizin arızalı olduğuna bağlı.

şimdi sorumuza geri dönelim. m-cones ve l-cones'un tepe noktaları, duyarlılık eğrileri neden birbirlerine bu kadar yakın?

sebebi (drum roll...) evrim!

insanlardaki renkli görüş ile diğer pek çok canlınınki (balık, böcek, kuş vs.) farklı evrilmiştir. trichromatic görüşü büyük maymunlarla paylaşıyoruz. çoğu memelinin iki tane konik hücresi var, mavi (kısa) ve yeşil (orta) hücreler. kısacası memelilerin çoğu dichromatic renk körü. tarihte bir dönem (30-40 milyon yıl önce) yeşil (m-cone) hücreler bir mutasyona uğruyor ve “biraz daha kırmızı” tarafa duyarlı üçüncü bir konik hücre evriliyor. bu hücrenin doğal seçilime getireceği evrimsel avantaj üzerinde çokça hipotez var. en popülerlerinden birisi m-cone ve l-cone arasındaki farkın, tam da olgunlaşmış meyveleri ağaçlardan ayırt etmeye yeteceğinden ötürü, primatların yeşil yapraklar üzerindeki olgun meyveleri daha rahat seçebildiği yönünde. dahası, bu mekanizma ağaçlara da yarıyor çünkü bir maymun meyveyi ağaçtan koparıp yedikten sonra çekirdeğini “az öteye” atıyor. aslında ağaç, bu meyve çekirdeğinin primat tarafından taşınması sayesinde “az öteyi döllemiş” oluyor.

kısacası primatın renkli görüşü kendisinin meyve toplamasına yarıyor, ağacın olgunlaşmış meyveleri yeşilden farklı renge bürümesi de primat tarafından çekirdeği taşınacağı için ortalığı rahat dölleyip daha rahat yayılmasına sebep oluyor. tam win-win durumu. sonra araştırmacılar bakıyor, gerçekten de meyvelerin bu “renklileşme” dönemi ile primatların “üçüncü konik hücreyi geliştirme” zamanları uyuşuyor. yine de alternatif hipotez çok. bir de açıklanamayan nokta da çok. örneğin hücrenin ne zaman ortaya çıktığını biliyoruz (molecular clock denilen yöntem sağolsun) ama bu hücreyle birlikte beynimizde nörolojik bağların deli gibi gelişmesi gerekiyor. bu aşamalar nasıl kaydedildi fikrimiz yok.

yine de bugün görmede nörolojik etkinin önemini biliyoruz. zaten demin öğrendik ki konik hücrelerimiz aslında renk körü, dünyamızı renklendiren aslında buradan gelen bilgiyi yorumlayan beynimiz. pekiyi beynimiz bu aşamada sadece gelen sinyalleri mi kullanıyor?

bir primat ağaçtaki kırmızı meyveyi gördüğünde, onun kırmızı olduğunu üç konik hücresinden gelen bilgiyle anlıyor. ama hatırlarsanız çimen örneğinde olduğu gibi görme eylemimiz çoğunlukla “subtractive” bir şekilde gerçekleşiyordu. yani önce kırmızı elmaya ışık düşecek ki yansısın ve soğurulsun, kırmızı hariç tüm renkler soğurulunca da ben elmayı kırmızı göreyim. peki güneş batmaktayken renkler daha da kızarıyor, bu durumda elmaya düşen ışık “farklı” bir renkte olmuyor mu? veya ben elmayı alsam üzerine neon lamba tutsam, soğurduğu ve yansıttığı renkler değişmeyecek mi?

aslında değişiyor, güneş batarken de, bir restoranda loş ışıkta bakarken de, floresan ışıkta bakarken de elmaya hep farklı ışık düşüyor dolayısıyla farklı renkler “subtract” oluyor (çıkarılıyor), ama beynimiz bunu büyük ölçüde normalize ediyor. gözünüz aslında ortamdaki renge alışmıyor, beyniniz alışıyor. kırmızı elmanın hem güneş batarken, hem de güneş tepedeyken fotoğrafını çekseniz, rgb renklerinde elde edeceğiniz sayısal değerler farklı olacaktır, çünkü farklı dalgaboyları gelir üzerine. ama siz fotoğrafa bakıp “bu ne yahu renkler kaymış” dersiniz. fotoğraf makinasındaki beyaz dengesi aslında sizin algınıza yakınsamak için oradadır.

yaptığı şey temelde şudur

beyaz bir kağıdı güneş ışığında tuttuğunuzda, güneş ışığını yansıtacaktır, mum ışığında tuttuğunuzdaysa mum ışığını yansıtacaktır. eğer mum ışığı altındayken beyaz kağıdın fotoğrafını çekerseniz, kendisi kırmızımsı bir renk tespit edecek (rgb değerlerinden dolayı) ama kendisine “bak bu aslında beyaz” derseniz, “tamam o zaman” deyip bir “kaydırma” işlemi yapacaktır (teknik olarak kaydırma işlemini aslında fotoğrafı çeken değil, görüntüleyen yapıyor bu arada). bu sayede siz elmayı mum ışığında da çekseniz, güneş ışığında da çekseniz gerçekten kırmızı görebileceksiniz fotoğraflarınızda. siz tutup bütün ortamlar için sürekli beyaz renkli kağıt bulmaya çalışmayın diye adamlar fotoğraf makinanıza önceden tanımlanmış beyaz dengesi ayarları koyuyorlar: tungsten lamba, güneş ışığı, floresan… öte yandan beyniniz bunu kendiliğinden yapıyor.

iyi de beynim bunu nasıl yapacak? ben vırt zırt kendisine beyaz kağıt tutmuyorum kalibre edebilmek için? ortamdaki tungsten lambanın ışınım yaptığı dalgaboyunu da vermiyorum?

beyniniz elmanın ne renk olduğunu zamanla öğrendi. artık ortamda tanıdık şeyler (elma, her gün oturduğunuz koltuk, beyaz sayfa…) gördükçe onların rengini hafızanızın derinliklerinden çıkarıp kalibrasyon yapıyor…

bunu nereden biliyoruz? bunu ispatlayan deneyler var.

2006 senesinde almanyadaki bir grup araştırmacı “beynimiz nesneleri boyarken hafızamızdan destek alıyor mu” sorusunun cevabını bulmak için şöyle bir deney yaptı. deneklere bir görüntü gösterdi. görüntüde sarı benekler var, anlamsız yuvarlak şekiller. önlerinde de kadran var. kadranı çevirdikçe renkler sarıdan gri’ye dönüyor, daha da fazla çevirirsen artık mavileşmeye başlıyor renkler. deneklerden istenilen “benekler renksiz olana kadar kadranı ayarlayın”. problem yok, tüm benekler gri bir şekilde teslim ediliyor.

sonra aynı düzenekte anlamsız benekler yerine “muz” şekli gösteriliyor. deneklerin hiçbirisi gri renkte teslim edemiyor, hepsi gri’yi biraz daha geçip, mavileşince “tamam oldu” diyor. yani insanlar gri renkli muz gördüğünde bile hala biraz sarı olduğunu zannediyor. dahası? muzu hangi renkle başlattıklarının önemi yok. kırmızı muzla da başlatsalar (denekler başta biraz afallasa da) griye geldiklerinde hala sarı oldukları algılanıyor ve kadranlar maviye kadar çevriliyor. sonra bu deney defalarca tekrarlandı farklı test koşullarıyla. hatta 2013’te fmri ile beynin hangi bölgelerinin kullanıldığı irdelendi, sonuçlar tutarlı.

benzer deney çimenlerle de yapılmış. deneklere çimen gösteriliyor sonra kartlardan çimenin rengini seçmeleri söyleniyor, hep olduğundan “daha yeşil” kartlar seçiliyor.

teo’nun meşhur bir entry’si var. (bkz: #49386880) oldukça güzel olan bu entry aslında dilin kullanımının düşünce biçimimizi gerçekten etkileyip etkilemediğinden bahsediyor. teo’nun kaynağı veya kaynaklarından biri mi bilmiyorum ama o entry’de geçen konuların tamamına (ve daha fazlasına) guy deutscher’in “through the language glass” isimli muazzam kitabından erişebilirsiniz (türkçesini metis çıkardı, tercümesi gayet güzel). kitap aslında bir dilbilim kitabı olsa da, dil ve düşünce arasındaki ilişkiyi incelerken farklı dillerde renklerden (ve özellikle bazı dillerde mavi rengin hiç olmamasından) konuyu irdeliyor.

kitabın sonlarına doğru bir deneyler dizisinden bahsedilir.

burada amaç, renk farklılıklarını algılayan kişilerin, o farklılığı algılarken konuştukları dilden yardım alıp almadıklarını ölçmek. örneğin elimizde üç renk tonu var. birisi mavi, birisi yeşil, diğeri de mavi ile yeşil arasında bir yerlerde. mevzu: bunların birbirlerine ton olarak uzaklıkları eşit, yani ortadaki tonun maviye olan uzaklığı ile, yeşile olan uzaklığı tamamen eşit. ölçtükleri de şu: dilinde mavi ve yeşil için iki ayrı kelime barındıran toplumlar (örneğin amerikalılar) ile yeşil ve mavi için aynı kelimeyi kullananlar (tarahumara kızılderilileri) arasında hangi rengin daha “yeşil” olduğu ifadesi ölçülebiliyor mu? bu adamların deneylerinin sonucunda kelime dağarcığında “mavi” olan dilin, maviyi “daha uzak” görmeye daha yatkın olduğu ortaya çıktı. yani hepsinin birbirine göre mesafesi eşit olsa bile, “hangisi daha farklı bir renktir” dendiğinde eşit uzaklıktaki mavi gösteriliyordu amerikalılar tarafından.

bu deneyin muğlak tarafı, farklılığı ifade etmek için kullanılan “şeyin” (dil) farkılılığın algısal sebebi olup olmadığının doğru düzgün ölçülememesi. yani deneklerin “valla hepsi benziyor bunların, ama şuna mavi diyorsuz bari onu seçeyim” demesi çok çok olası. bu yüzden güvenilir olmuyor.

bu deneylerin ilki 1984’te yapılıyor birkaç benzer eleştiri alan deneyden sonra pek ilerleme kaydedemiyorlar. sonra 2008 senesinde bir ekip şöyle bir yöntem kullanıyor: kişilerden feedback olarak renk “ismi” almayacağız, bu kişilere renkleri göstereceğiz ve tepki sürelerini ölçeceğiz diyorlar. burada özellikle faydalandıkları mevzu, rusça dilinde iki farklı mavi sözcüğü olması. açık mavi için “goluboy”, koyu mavi içinse “siniy” sözcüğü kullanılıyormuş rusçada. o zaman deneklere tepede bir, altta da iki kutu olacak şekilde renkler gösteriliyor.

şunun gibi.

dikkat ederseniz üstteki kutu, alttaki renklerden biriyle aynı. deneklere diyorlar ki “farklı renk hangi taraftaki? soldaki mi sağdaki mi? elinizden geldiğince hızlı cevap verin”. yani hiçbir şekilde deneklerden sözcük telaffuz etmeleri istenmiyor, sağdaki ve soldaki düğmelere basıyorlar. hangi dili konuşursa konuşsun denekler bütün sorulara doğru yanıt veriyor ama tepki verme süreleri ölçülüyor ve konuştukları dil ile arasında bir korelasyon aranıyor.

tahmin edeceğiniz üzere renk tonları ne kadar uzaksa (çok çok açık mavi, çok koyu mavi gibi) tepki süresi o kadar hızlı oluyor. esas ilginç olan, bu tepki süresi, “siniy” ve “goluboy” sınırları civarında rusça konuşanlarda çok daha düşük oluyor! yani ingilizce konuşan birisi için siniy’den goluboy’a doğru 2 ton atlamak ile, siniy’den goluboy’un ters yönüne doğru 2 ton atlamak arasında bir tepki süresi farkı olmazken, ruslarda çok daha kısa oluyor bu fark. buradan hareketle “hiçbir sözcük telafuz edilmeden” insanların beynindeki renk isimlendirmesinin renk algılamasına doğrudan etki ettiği gözlenmiş oluyor.

bunun üzerine 1984’te deney yapan abilerden birinin (paul kay) aklına cin bir fikir geliyor.

ingilizce konuşan deneklerle işe koyuluyor ama bu sefer beynin asimetrisinden faydalanıyor. hani hep denilir ya, vücudumuzun sol yarısının kontrolünü beynimizin sağ yarısı yapıyor ve tersi diye. yani sol gözümüzdeki konik hücrelerden gelen sinyal beynimizin sağ yarısına gidiyor, sağ gözümüzdeki konik hücrelerden gelen sinyal de beynimizin sol yarısına. bir diğer bildiğimiz nokta da (1861’den beri), konuşmamızdan (dilden) sorumlu bölge beynimizin sol yarısında (frontal lobda).

bunun üzerine kay ve arkadaşları 2006 senesinde şöyle bir deney düzeneği hazırlıyor: ingilizce konuşan deneklere bir görüntüye bakmaları isteniliyor. gözleri tam ortadaki + (artı) işaretine bakmalı. düzeneği öyle bir ayarlamışlar ki, +’nin solundan gelecek görselleri sadece sol göz görüyor, sağından gelecek görselleri de sadece sağ göz görüyor.

bu deneklere şöyle görseller gösteriliyor.

bu görselde “farklı renk” sol tarafta ya, denekten (tıpkı rus mavileri deneyinde olduğu gibi) soldaki düğmeye basması isteniyor. yine ölçülen kişinin tepki verme süresi. yine tahmin edersiniz ki renk tonları ne kadar farklıysa, tepki süreleri o kadar azalıyor. ama esas ilginç olan şey, farklı kare sağ göze göründüğünde, yeşil ve mavi arasındaki fark denekler tarafından çok daha rahat algılanıyordu. aynı görüntü sol göze düştüğünde tepki süresi uzuyordu. dahası? sağ gözdeki “farklılığın seviyesi” mavi-yeşil sınırını geçmeseydi, mesela yeşilin daha yeşil tarafında olsaydı ama aynı şiddette olsaydı, tepki süresi yine de hızlanmıyordu. kısacası sağ göze düşen sinyaller doğrudan beynin sol lobuna gidiyor, burada dil merkezi tarafından çok daha hızlı işleniyordu! deneklerin beyninin sol yarısı, rusların “siniy” ve “goluboy”a verdiği tepkiyi mavi ve yeşil için veriyordu, sağ yarısı bunu yapamıyordu.

bu manyak bulgunun üzerine 2008 senesinde çinliler (tıpkı muz deneyinde olduğu gibi) aynı deneyi tekrar ettiler, ama bu sefer onlar da fmri kullandılar. ve sonuçlar kay’in sonuçlarıyla tutarlıydı, gerçekten de sağ göze gelen ve kelimelerle tanımlanan ayrım, her ne kadar deneklere “sözcük” gösterilmese bile, beyinde dil merkezini uyarıyordu.

aslında beynin iki yarısından faydalanma fikrini kay icat etmedi.

beynin iki yarısını birbirine bağlayan corpus callosum diye bir bölge var. bu bölge zarar görünce kişilerin sağ/sol beyinlerindeki tepkiler farklılaşıyor. split-brain patient denilen bu kişiler örneğin kendilerine bir tencere gösterildiğinde bu tencereye işaret edebiliyorlar elleriyle, ama ağızlarından “tencere” sözcüğü dökülemiyor, bunun için karşı yarım küredeki nöronlara sinyal göndermek lazım ama gitmiyor. bunun en meşhur örneklerinden biri 1962’de incelenen bir ikinci dünya savaşı gazisi. alman bir asker bu arkadaşın kafaya bıçağın tersiyle indirince corpus callosum zarar görüyor. sonra üzerinde yapılan çeşitli deneyler sağ ve sol tarafa gösterilen görüntülere adamın vücuduyla farklı tepkiler verebildiği. meraklısı için keyword: gazzaniga 1962

işin görsel boyutuna geri dönersek, son bir mevzudan bahsedeceğim sonra sizleri azad edeceğim. renkleri bir yana bırakalım, hatırlarsanız görüntü gözümüze gelirken cornea’dan, iris’ten, mercekten geçip retina’da oluşuyordu. daha önce duymuşsunuzdur, retinada görüntü aslında ters oluşur, beynimiz bunu “düzeltir” diye. eğer beynimiz bunu düzeltiyorsa, biz gözümüze gelen görüntüyü döndürüp verelim, bir süre sonra yine beynimiz “kafayı kullanıp” düzeltir mi bu görüntüyü? george stratton adındaki bi adam 1890’larda bu konuyu merak etti ve kendine “görüntüyü tersine çeviren” gözlükler yaptı ve bunlarla gezindi.

iki gözünü birden bu duruma maruz bırakmak kendisini fazla yorunca, bir gözünü kapatıp diğer gözünü buna maruz bıraktı. notlarına göre bir haftanın sonunda görüşü “normale” dönmüştü. kısacası beyni adapte olmuş ve görüntüleri düzeltiyordu. gözlüğü çıkardıktan birkaç saat sonra da tekrar eski görüşüne adaptasyon sağlanmıştı. bu deney çokça kişi tarafından tekrar edildi, çokça tartışıldı, gördüğüm kadarıyla yanlışlayan deney sayısı doğrulayan deney saysından az. yani görüşümüzü tersine çeviren gözlük yapıp gezsek bir süre sonra beyin (biraz yorucu bir süreç olsa da) görüntüyü düzeltmeyi beceriyor.

bu konudaki eski deneylerden birisi alman bir ikilinin deneyleri.

görüntüleri şuradan izleyebilirsiniz

favorim, uçan balonlu şeker kısım.

bu mevzu günümüzde de çokça çalışılıyor ve chicago’lu bir psikolog haftalarca ters gösteren gözlük takarak bir süre sonra adaptasyon sağlayıp bisiklete binebilir hale geliyor.

BBC'nin ters gözlükler hakkındaki videosu

aslında düşününce, bu bir anlamda “smarter everyday” kanalında bisikletin direksiyonunu ters çevirerek yapılan meşhur deneyden farklı değil, sadece direksiyonun yönünü değiştirmek yerine görsel uzayımızın simetrisini değiştiriyoruz ("kolaysa sen yap" demeyin, ben 24 yaşında bisiklete binmeyi öğrenmiş bir garibim).

Mevzubahis deney

bu “görüntünün ters çevrilmesi” konusunu açmamın sebebi şu, daha sıkıntılı bir durum var.

sizce gözümün önüne yukarıdaki adamlar gibi ters çeviren gözlük ya da kamera takmak yerine, gözümü çıkarıp ters çevirsem?

nobel ödüllü roger wolcott sperry 1950’lerde bunu bir kurbağa üzerine yapıyor, hayvanın gözünü söküyor, sonra bunu ters (180 derece) çevirip geri hayvana takıyor. sonra hayvanın bir sinek yakalamaya çalışırken dilinin sineğin tam tersi yöne gittiğini gözlemliyor.

şu şekilde olduğu gibi:

dahası, kurbağa zamanla öğrenemiyor. yani yukarıdaki deneylerde olduğu gibi ters dönen görüntüyü sonradan beyni düzeltemiyor. kurbağalar asla beslenemiyor… bunu aslında beynin görüntüyü ters çevirme mekanizmasını anlamak için yapmıyor sperry, bu deneyle acayip bir hipotez ortaya atılıyor. gözü ters çevirdik, ama sinek hala aynı tarafta. sinekten gelen ışık artık gözün içindeki “ters taraftaki” konik hücrelere düşüyor...

e o zaman kurbağa niye dilini bu “ters taraftaki” reseptörlerin yönüne doğru uzatmadı?

der ki: nöronlar aslında hücreleriyle bağlantı kurarken kimyasal bir imza/etiketten yararlanır. bu sayede bağlar koptuğunda, tekrar bağın oturması sırasında bu imzaya bakıp eşleşirler. kısacası kurbağanın gözünü ters çevirdiniz ama kurbağanın (örn.) eskiden a bölgesindeki reseptörler, artık c bölgesinden gelen ışığı algılasa bile, a bölgesinde haberleştikleri orijinal nöronlarıyla bağ kurdular. hal böyle olunca hayvanın gözünü kaç derece çevirirseniz çevirin, her hücre orijinal reseptörüne kavuşuyor, dolayısıyla hayvanın optik algısı o kadar derece kaymış oluyor.

bu hipotezi çökertmek için 1960’larda bir ekip tutup daha deli bir şey yapıyor.

iki hayvanın gözünün birer yarısını kesip birleştiriyor. iki farklı yarım gözü birleştiriyor yani. sonra bu etkinin görülmediğini söylüyor. başta epey zorlanıyor sperry bu deneyi çökertmek için ancak karşılıklı birkaç makale birbirini devamlı çürüttükten sonra (o eğlenceli süreç şu makalede yazıyor meraklısı için) şöyle bir sonuca varıyorlar: muhtemelen iki yarım küre de arkadaki reseptörlerin tamamıyla bağ kurdu çünkü araya yabancı kimyasallar girdi. yani zavallı hayvanın bir gözünde iki tane yarım göz vardı ama ikisi de tam bir göz gibi davranıyordu… neler görüyordu kim bilir…

zaten sonrasında sperry hipotezini biraz daha “yumuşatıyor” çünkü baştaki haliyle sırf göz için bile “o kadar sayıda farklı kimyasal” için deli gibi protein çeşitliliği gerekiyor ve bu pratikte mümkün değil deniliyor. bugün chemoaffinity hipotezi neredeyse hiç sorgulanmadan doğru kabul ediliyor ancak hala açık noktaları var. bu entry için de araştırırken bakındım güncel ne yapılmış diye, 2017’de hala matematiksel modellerle kaynak ve hedef hücrelerin nasıl buluştuğu açıklanmaya çalışılıyor (örnek).

velhasıl konuyu daha fazla dağıtmadan: optik, nörobiyoloji ve nöropiskoloji, bilişsel dilbilim konusunda kontrollü deneyler yapan bir sürü biliminsanı var.

arada hayvan biçmek durumunda kalabiliyorlar maalesef ancak bunlar sadece evreni nasıl boyadığımızı değil, evrenin kendisini anlamamıza olanak sağlıyor. bu kontrollü deneyleri sabırla yapan zeki insanlara (ve daha da önemlisi yanlışlanabilen objektif metodlarına) kulak vermek yerine üfürükçülere, reikicilere, astrologlara, kocakarılara, mardukta kaleme alınmış kitaplara veya internette (benim gibi) ahkam kesen tiplere güvenmeniz, başınıza bir iş geldiğinde doktora gitmeyip şifayı vişnu’da arayandan veya dindar nesille çağ atlanabileceğini düşünenden daha beter bir hal alıyor.

hiç değilse her şeyi kenara bırakıp kendi gözünde astigmatizm olduğunu fark edip bunu tedavi eden, buradan rgb renk teorisini oluşturan, türkçe dahil pek çok dil konuşan thomas young’a saygı duymak işten değil mi?

unutulmaması gereken nokta, thomas young'ın başarılarının quaker (bir hristiyan mezhebi) hristiyan olmasıyla hiçbir ilgisi yok, bilimsel yöntemi benimsemiş olmasıyla ilgili. beyninizi uyuşturucularla bulandırıp “süper renkler görüyorum abi, gözüm açıldı” demenizin anlamı olmuyor bu kimseler için. aradığınız üçüncü göz, aydınlanma bu olamaz yani.

şu grafikten

şu grafiğe kadar uzanın süreç yolunuzu aydınlatan.

şaşmayın bi zahmet. şaştığımızda beynimiz dünyayı boyayamıyor artık, kararıyor dünyamız. karanlığa gömülmek böyle bir şey.