Sự nhìn và cảm giác về màu sắc doc

Sự nhìn và cảmgiác về
màu sắc
Sự nhìn màu sắcnổi của con người làmột quá trình rất phức tạp đến nay vẫn
chưa được hiểu trọn vẹn, mặc dù hàng trăm năm nghiên cứu và môphỏng đã trôi
qua. Sự nhìn yêucầu sự tươngtác gần như tức thờicủahaimắt và não thông qua
mạng lưới thần kinh,các cơ quan thụ cảm và những tế bàochuyên biệt khác. Bước
thứ nhấttrong quá trình cảmgiác này là sự kích thích của cơ quan cảm thụ ánh
sáng trong mắt, biến kích thíchsánghoặc hìnhảnhthành tín hiệu, vàtruyền tín
hiệu điện chứa thông tin nhìn từ mỗi mắt đến não thông qua dây thần kinh thị giác.
Thôngtin này đượcxử lí tiếp trong vài giai đoạn, saucùng thìtruyền đếnphần vỏ
não có liên quan đến thị giác.
Mắtngười có cácthành phần quang đadạng, gồm giác mạc, mống mắt, con
ngươi, thủy dịch và thủytinh dịch, một thủy tinh thể có tiêu cự thayđổi,và võng
mạc (như minh họatrong hình1). Nhữngthành phần này phối hợp với nhau, tạo
nên ảnh của các vật rơi vào tầm nhìn của mắt.Khi một vật được quansát, trước
tiên nó hội tụ quathành phần giác mạc lồi và thủytinh thể, hình thành nênảnhlộn
ngược trên mặtvõng mạc,mộtmàng nhiều lớp chứa hàngtriệu tế bào thị giác. Để
đến được võng mạc, các tia sáng bị hội tụ bởi giác mạcphải lầnlượt đi qua thủy
dịch (trong khoangphía trước), thủytinh thể, thủy tinh dịch sền sệt, và lớp mạch
máu và dây thần kinh của võngmạc trước khi chúng đi đến phần nhạy sángbên
ngoài của các tế bào hình nón và hình que. Nhữngtế bào thị giác này nhậndiện ảnh
và biếnnó thành tín hiệu điện truyền lên não.
Bất chấp một số quanniệm sai lầm docó quá nhiều thuậtngữ dùng để mô tả
cấu tạo mắt, nhưng chínhgiác mạc, chứ không phải thủy tinhthể, mới chịu trách
nhiệmchính cho khả năngkhúc xạ toàn bộ của mắt.Nhẵn bóng và trongsuốt như
thủy tinh,mềm dẻo và bền như plastic,phần trongsuốt, có độ cong cao,nằm phía
ngoài này của thành trướccủa nhãn cầu chophép các tia sáng tạo ảnh truyềnqua
vào phần trong. Giác mạc cũng bảo vệ mắt bằng cách làmmộtràochắn vật líche
chắn phần trong của mắt khỏi vi sinhvật, bụi bặm,các sợinhỏ, các chất hóa học và
những chất gây hại khác. Mặc dù chiều rộngnhỏ hơn nhiều sovới thủy tinhthể,
nhưng giác mạcmang lại khoảng 65%khả năngkhúc xạ của mắt. Đaphần sức

mạnhbẻ cong ánh sáng tập trung gần chínhgiữa của giác mạc, nơi tròn hơnvà
mỏnghơn so với các phầnngoại biêncủa mô.
Như cánhcửa sổ điều khiển ánhsáng đi vào mắt,giác mạc (hình 2) là yếu tố
cần thiết chosự nhìn tốt và cũng đóng vai trò là bộ lọcánhsáng tử ngoại. Giác mạc
loại trừ một số bước sóng tử ngoại gây phá hủy nhất cómặt trong ánh sáng Mặt
Trời,do đó bảo vệ đượcvõngmạc dễ thương tổnvà thủytinh thể khỏi bị phá hoại.
Nếu giác mạc cong quá nhiều, như trường hợp cận thị, các vật ở xa sẽ xuất hiện
dạng ảnh mờ, do sự khúc xạ ánh sáng chưa hoàn chỉnhtới võng mạc. Trongtrường
hợp loạn thị, sự không hoàn hảo haykhông đều ở giác mạcgây ra sự khúc xạ
khôngđồngđều, làm cho ảnhchiếu lên võng mạc bị méo dạng.
Không giống như đasố các mô của cơ thể người, giácmạc không có các mạch
máu nuôi dưỡng hoặc bảo vệ chốnglại sự xâmnhiễm. Cả những maomạch nhỏ
nhất cũng sẽ gây trở ngại choquátrình khúcxạ chính xác. Giác mạc nhận nuôi
dưỡngtừ nước mắtvà thủy dịch,chúngchiếm đầykhoangnằm phíasau cấu trúc
này. Lớp biểu mô phía ngoài của giác mạc chứa hàng nghìn đầu mút dâythần kinh
nhỏ, khiến cho giác mạccực kì nhạy với sự đauđớnkhi bị chà xát hoặc cào xước.
Chiếm khoảng 10%chiều dày của mô,lớp ngoài của giác mạc chặn cácđốitượng lạ
khôngcho đi vàomắt, đồng thời manglại bề mặt nhẵn cho sự hấp thụ oxy và chất
dinh dưỡng. Lớpchính giữacủa giác mạc, gọi là chất nền, chiếm khoảng 90%mô,
và gồmmột mạng sợi proteinbão hòa nước mang lại sức bền, sức đàn hồi,và hình
dạng chống đỡ chobiểu mô. Các tế bào cấp dưỡng chiếm phần còn lại củalớp chất
nền. Vì chất nền có xu hướng hấp thụ nước,nên nhiệm vụ chính của mômàng
trong là bơm nước dư thừa khỏi chất nền. Không cóhoạt độngbơm này, chất nền
sẽ đầy ứ nước, trở nên mờ sương,vàcuối cùngchuyển thànhgiác mạcmờ đục, tức
là mắtbị mù.
Sự mấttrong suốtmộtphần hoặc toàn bộ dothủy tinhthể, hoặc lớp bao
ngoài của nó, gây ra một chứng bệnh phổ biến gọi là đục nhãn mắt.Đục nhãn mắt
là nguyên nhângây mù lòa hàng đầu trên thế giới, và là nguyên nhân quantrọng
của sự suygiảm thị lựcở nước Mĩ. Sự phát triển của bệnh đụcnhãn mắt ở người
trưởng thành liên quan tới sự lão hóa bìnhthường, sự phơi sángtrước ánh sáng

MặtTrời, hút thuốc, thứcănnghèo dinhdưỡng, chấn thươngmắt, các chứngbệnh
như tiểu đường, tăng nhãn áp, vàtác dụng phụ phiền toái do sử dụng một số dược
phẩm, như steroid.Trong giaiđoạn đầu,người bị đục nhãn mắt sẽ nhậnthấy thế
giới mờ đi hoặc không sắc nét nữa.Sự nhìn rõ bị cảntrở do sự suy giảm lượngánh
sáng đi tới võngmạc và sự kéo mây của hìnhảnh(do sự nhiễu xạ và tánxạ ánh
sáng) cứ như thể là người đó nhìn thế giới qua một màn sươngmù (xem hình 3).
Để chữa bệnhđụcnhãn mắt, người taphẫuthuật cắt bỏ phầnthủy tinh thể mờ đục,
và thay thế bằng một thủytinh thể plastic.
Chức năng của võng mạc giốngnhư sự kết hợp của một bộ cảm biếnảnh kĩ
thuật số (như dụng cụ tích điện kép CCD)với một bộ chuyển đổitương tự sang số,
như có mặt trong các hệ camerakĩ thuật số hiện đại. Cơ quan thụ cảm bắt lấy ảnh
của mắt, gọi là các tế bàohìnhnón vàhìnhque, liênkết với cácbó sợi dâythần
kinh thị giác quamộtloạt tế bào chuyênbiệt phối hợptruyền tín hiệu lênnão.
Lượngánhsáng đượcphép đivào mỗi mắtđược điềuchỉnh bởi mống mắt, một
màng chắn tròn mở rộng ở mức ánh sáng thấpvà đóng lại nhằm bảo vệ con ngươi
(lỗ) và võng mựcở mức rọi sáng rất cao.
Khi nguồn sáng thay đổi, đườngkínhcủa con ngươi (nằmphía trướcthủy
tinh thể) tự điều chỉnh kích thước giữa 2 đến 8mm, điều chỉnhlượng ánhsáng đi
tới võng mạc. Khi nguồnchiếu sáng rất chói, con ngươi thu hẹp lại và các phần
ngoài của các thành phần khúc xạ bị chặn khỏi đườngđi tiasáng. Kếtquả là cáctia
sáng tạo ảnh bị quang sai íthơn và ảnh trên võng mạc trở nên sắc nét hơn.Con
ngươi rất hẹp (khoảng2mm)tạo rasự nhiễu xạ làm trải rộng ảnh của một nguồn
điểm lên trên võngmạc.
Trongnão, các sợidây thần kinhthị giác từ mỗi mắt cắt nhau một tại nơi
giao thoaquang, nơi đó thôngtin thị giác từ cả hai phầnvõngmạc truyền song
song tương quan nhau,giống như vaitrò của máy phátđồngbộ thời giandùng
trong máy ghi videokĩ thuật số.Từ đó, thôngtin thị giáctruyền qua ốngquang đến
bộ phận cong gậphìnhđầu gối,ở đó tínhiệu được phân bố qua bức xạ quang tới
hai phẩn vỏ não thị giác nằmtrên phần phía sau,ở dưới của mỗi báncầunão.
Tronglớp vỏ não ở dưới, thôngtin từ mỗi mắtđược duytrì dướidạng cột vạch trội

thị giác. Khi tín hiệu thị giác đượctruyền tới lớptrên củavỏ não, thôngtin từ hai
mắthợp nhất với nhau và sự nhìn haimắt được thiết lập.Trong những trườnghợp
mắtkhôngbình thường, như mắt xiên,mắt lác, sự nhìn ảnhnổi bị phá vỡ. Trong
trường hợp phẫu thuật mắt khôngđảm bảo, thì thấu kính gắntrên kínhđeo mắt có
thể chữađượcmột số tậtthuộc loại này. Nguyên nhângây ra sự gián đoạn đốivới
sự hợpnhất tín hiệu từ hai mắtcó thể do chấn thương,dobệnh cơ thần kinh,hoặc
do khuyết tật bẩm sinh.
Hố mắt giữa nằmtrong khuvực gần chính giữa võngmạc, vànằm thẳng dọc
theo trụcchínhcủamỗi mắt. Cũng gọi là “điểmvàng”, hố mắt nhỏ (dưới 1mm
2
),
nhưng rất chuyên biệt. Những vùng nàychứa các tế bào hình nón chi chít, mật độ
cao (trên 200.000tế bào hìnhnón/mm
2
đốivới mắt ngườitrưởngthành, xemhình
4). Hố mắt giữalàkhu vực nhìn sắc nétnhất, và tạo ra độ phân giải không gian,độ
tương phản và màu sắc rõ nhất. Mỗi mắt có chừng bảy triệu tế bào hìnhnón, chúng
rất mỏng (đường kính 3mm)và thon dài. Mật độ tế bào hìnhnón giảm ở bên ngoài
hố mắt dotỉ lệ tế bào hình que so với tế bào hìnhnón tăng dần lên (hình 4).Tại
vùng rìa của võngmạc, tổng số cả hai loại cơ quan thụ cảm thị giác này đều giảm về
cơ bản, gây ra sự mất mát sâu sắcđộ nhạythị giác tại rìa ngoài của võng mạc. Điều
này cóthể bù lại bởi thực tế thìngười ta nhìn liên tục các vật trongtầm nhìn(do
cử động mắt nhanhtự nhiên), nên ảnh nhận được có độ nét đồng đều. Trongthực
tế, khiảnhbị ngăn cảnkhôngcho chuyển động tươngđối so với võng mạc (thông
qua một quang cụ nào đó), thì mắtkhông còn cảm nhận được cảnh saumộtvài
giây.
Sự sắp xếp của cáccơ quan cảm giảc trong các phần bên ngoài của võng mạc
một phần xác địnhgiới hạn độ phângiải trong nhữngvùng khác nhaucủa mắt. Để
phân giải ảnh, một hàngcơ quan thụ quang ít bị kích thích phải nằm giữa haihàng
cơ quanthụ quangbị kích thích cao.Nếu khôngthì không thể phân biệt được sự

kíchthích xuất phát từ hai ảnh nằm rấtgần nhauhaytừ một ảnhnối đến haihàng
cơ quanthụ cảm. Với khoảngcách tâm-nối-tâmbiến thiên từ 1,5đến 2 mm đốivới
các tế bào hình nón trong hố mắt giữa, kích thích quang có độ phântách chừng 3
đến 4 mmsẽ tạo ra một bộ phân giải cường độ trên võng mạc. Lấy ví dụ tham khảo,
bán kính của cực tiểu thứ nhấtđối vớihình ảnh nhiễu xạ hình thành trên võng mạc
khoảng chừng 4,6mmđối vớiánhsáng 550nmvà đườngkính con ngươi2mm.
Như vậy, sự sắp xếp của các thành phần cảm giác trong võng mạc sẽ xác định độ
phân giải giới hạn của mắt. Một nhân tố khác, gọi là độ sắc nét thị giác (khả năng
của mắt nhận ranhững vật nhỏ và phân giải độ phân tách của chúng), thayđổi
theo nhiều thông số, bao gồm định nghĩa của thuật ngữ và phương pháp ngườita
đo độ sắc nét. Trênvõngmạc, độ sắcnét thị giácnói chungcao nhất ở hố mắtgiữa,
hố này mở rộng ra tầm nhìn chừng 1,4độ.
Sự sắp xếp khônggian của các tế bào hình que và hình nón cũng với sự liên
kết củachúng với các dây thần kinhtrong võng mạc được biểu diễn tronghình 5.
Các tế bào hình que, chỉ chứa sắc tố vàng,có độ nhạy cực đại với ánh sáng xanh
dương-xanh lá(bước sóngkhoảng500nm),mặc dù chúng biểu hiện sự phảnứng
rộng đối với toàn phổ khả kiến.Chúng là nhữngtế bào thụ cảmthị giác chủ yếu
nhất,với mỗi mắt chứa khoảng 125-130triệu tế bào hình que. Độ nhạy sáng củatế
bào hình quegấp 1000lần sovớitế bào hình nón. Tuy nhiên, ảnh phátsinhchỉ bởi
sự kích thích tế bào hình que thì tươngđối khôngsắcnét và cóbóng xám phía
ngoài,giống như ảnhchụp đentrắng. Sự nhìnhình que thường được gọi là sự nhìn
tối do trong điềukiện ánhsángyếu, hình dạng và độ sáng của vật có thể phân biệt
được, nhưng màu của chúng thì không. Cơ chế thích nghitối này chophépnhận
dạng ra con mồi và động vật ănthịt thôngqua hình dáng và chuyển độngở nhiều
loài động vật cóxương sống.
Hệ thị giác củacon người phản ứng theo hàm mũ, chứ không tuyếntính,cho
khả năng nhận một phạm viđộ sáng khó tin đến trên 10 bậc. Trongánh sángban
ngày, người ta có thể nhận dạng các vậtdưới ánh sángchói changtừ Mặt Trời, còn
vào ban đêm,những vật lớncó thể đượcnhận rabởiánhsáng saokhiMặt Trăng
tối đen.Ở độ nhạy ngưỡng,mắt người có thể phát hiện sự có mặtcủa khoảng 100-

150 photon ánhsáng xanh dương-xanhlá (500nm)đi vàocon ngươi. Đối vớibảy
bậc độ sáng trên,sự nhìn sáng chiếm ưu thế, và sự cảm quangchủ yếu do các tế
bào hình nón trênvõng mạcmanglại.Trái lại, đốivớibốn bậc độ sáng thấp, được
gọi là sự nhìn tối, thì các tế bào hình queđóng vai trò chính.
Sự thích nghicủa mắt cho phép sự nhìn thực hiện chức năng dưới những
điều kiện độ sángcực đoan như thế. Tuynhiên, trong khoảng thời gian trước khi
sự thích nghixảy ra, mỗi người có thể cảmnhận một phạm vi độ sáng chỉ trong
khoảng babậc. Mộtvài cơ chế lànguyênnhân làm chomắt thích nghivới những
mức độ sáng cao. Sự thích nghicó thể xảyra trong vài giây (bằng phản ứng con
ngươi lúc đầu)hoặc có thể mất vài phút (đối với sự nhìn tối), tùy thuộc vào mức
thayđổi độ sáng. Độ nhạy của tế bào hoàntoàn hình nón đạt chừng 5 phút, trong
khi đó phải mấtkhoảng 30phút để thíchnghi từ sự nhạy sáng vừaphải sangsự
nhạy tốihoàn toànbởi các tế bào hình que.
Khi hoàn toàn thích nghivới ánhsáng, mắt người có phản ứng bước sóngtừ
khoảng 400đến 700nm,vớiđộ nhạycực đại ở 555nm (trongvùngxanhlá cây của
phổ ánh sáng khả kiến). Mắtthích nghi tối phảnứng với phổ bước sóngthấp hơn,
từ 380 đến650nm,với cực đại tại 507nm.Đối với cả sự nhìn sáng lẫn nhìn tối,
những bước sóngnày là không tuyệt đối, mà thay đổi theocường độ ánh sáng. Sự
truyền ánh sáng qua mắt trở nên thấp hơn dần ở những bướcsóng ngắn. Trong
vùng xanh dương-xanhlá (500nm), chỉ khoảng50% ánh sáng đi vào mắttới được
điểm ảnh trên võng mạc. Ở 400nm, giá trị giảm xuống còn vừa đúng 10%,kể cả
mắtngười trẻ tuổi. Sự tán xạ và hấp thụ ánh sáng bởi các thànhphần trong thủy
tinh thể góp phần làm giảmthêm độ nhạy ở màu xanhdương nhạt.
Các tế bào hình nón gồm có ba loại, mỗi loại “điều khiển” mộtphản ứngbước
sóng riêng có cực đại tập trung tại 430, 535,hoặc 590nm.Cơ sở cho từng cực đại là
việc sử dụng ba sắctố quang khác nhau,mỗi sắc tố có một phổ hấp thụ ánhsáng
khả kiếnđặc trưng. Các sắctố thayđổi thể cấutạo của chúng khi một photonđược
pháthiện, cho phép chúng phản ứng với transducinkhởi động một đợtsự kiệnthị
giác. Transducinlà một loại proteincó mặt trong võng mạc vàcó khả năngchuyển
hóa hiệu quả nănglượng ánh sáng thành tínhiệuđiện. Số lượng tế bào hình nón

nhỏ hơn nhiềuso với tế bào hình que, với mỗi mắt chứatừ 5tới 7triệu cơ quan
thụ cảmmàu sắc thuộc loại này. Sự nhìn màusắcthực do sự kích thích của các tế
bào hình nón mang lại. Cường độ tươngđối vàsự phân bố bướcsóng ánh sáng đi
tới mỗi một trongbaloại cơ quanthụ cảm hìnhnón xác định màu sắc nhìn được,
theo kiểu tương tự như màn hình videoRGBcộngmàuhoặc camera màu CCD.
Một chùmsáng chứa chủ yếulà bức xạ xanhdươngbước sóng ngắn làmkích
thích các tế bào hìnhnón phản ứng với ánh sáng 430nmở quy mô lớnhơn nhiều
so với hailoại tế bào hình nónkia. Chùm này sẽ kích hoạtsắctố màu xanhdương
trong những tế bào hình nón nhất định, và ánh sángđó nhận được là màu xanh
dương.Ánhsáng có đasố bướcsóngtập trung ở khoảng550nm đượcnhìn là màu
xanh lá cây, vàchùm tia chứa hầu hết là bướcsóng 600nmhoặc dài hơnđược
trông có màuđỏ.Như đã nói ở phần trên, sự nhìnthuần túy bằng tế bào hìnhnón
được gọi là sự nhìnsáng, và nó chiếmưu thế ở các mức sáng bình thường, cả trong
nhà vàngoài phố. Đa số độngvật có vú là loài nhị sắc, thườngcó thể chỉ phân biệt
được giữa cácthành phần màu hơi lamvà hơilục. Trái lại, một số độngvật bậc cao
(đáng chúýnhất là conngười)biểu hiệnsự nhìn màu tamsắc, phản ứng đáng kể
với các kích thích sáng đỏ, lục, và lam.
Minh họa tronghình6 là phổ hấp thụ củabốn sắc tố thị giác của con người,
biểuhiệncực đại trong vùng đỏ, lục, và lam củaphổ ánh sáng khả kiếnnhư mong
đợi. Khi cả ba loại tế bào hìnhnón được kích thích như nhau, thì ánhsáng nhận
được sẽ không có màu, hoặc màu trắng. Ví dụ, ánhsáng Mặt Trời lúc giữa trưacó
vẻ là ánhsángtrắng đối với con người,do nóchứa các lượng ánhsáng đỏ,lục, và
lam hầu như bằngnhau. Một bằng chứng khác cho phổ màu sắc từ ánh sáng Mặt
Trời là sự chặn ánhsáng bằng mộtlăngkính thủy tinh, nólàm khúc xạ (hoặc bẻ
cong) các bướcsóng khácnhau ở mức độ khác nhau,làm trải ánh sáng thànhcác
màu thành phần của nó. Sự cảm nhận màu sắc của con người phụ thuộc vào tương
tác của tất cả các tế bào thụ cảm với ánhsáng, và sự kết hợpnày mang lại sự kích
thích gần như tam sắc. Cósự lệch độ nhạymàu sắc theo sự thay đổi mứcđộ sáng,
nên màu xanhtrông tươngđối sáng hơntrong ánhsáng lờ mờ và màu đỏ trông
sáng hơn trong ánh sáng chói chang.Hiệu ứng này cóthể quan sát bằng cách trỏ

một ngọnđèn flashvào một bản in màu, sẽ thấy ngaylà màu đỏ trôngsánghơn
nhiều và đậm hơn.
Trongnhững nămgần đây, sự quan tâm đến độ nhạy màu sắc thị giác của
con người đã dẫnđếnnhững thayđổi trong thực tế lâu nay của việc sơn các xe tình
trạngkhẩn cấp,như xe chữa cháy và xecấp cứu, toàn là màu đỏ. Mặc dù màu này
dành chocác xe dễ nhìn thấy vàtránh né, nhưngsự phân bố bước sóng không dễ
nhìn thấy ở mức ánh sáng yếu vàgần như trông tối đen vào banđêm. Mắtngười
nhạy hơn nhiều với màuvàng-lục hoặc các màu tươngtự, đặcbiệt vàobanđêm, và
ngày nay đa số các xe tìnhtrạng khẩn cấpít nhấtphải cómộtphần sơnmàu xanh
hơi vàngsặc sỡ hoặc màu trắng, thườngvẫn giữ lại một số chỗ nổi bậtnhất sơn
màu đỏ theosở thích truyền thống.