Mắt người thấy màu nhờ ba loại tế bào nón trên võng mạc, nhạy nhất với ánh sáng bước sóng ngắn, trung bình và dài. Não so sánh mức kích thích của ba loại nón để tạo ra cảm giác màu; đó là nội dung của thuyết ba màu do Thomas Young đề xuất năm 1802 và Hermann von Helmholtz phát triển sau đó. Phải đến những năm 1960, các nhà khoa học mới đo trực tiếp được ba loại nón, xác nhận ý tưởng có từ hơn một thế kỷ rưỡi trước.
Võng mạc: tế bào que và tế bào nón
Võng mạc là lớp mô mỏng lót mặt trong đáy mắt, chứa hai loại tế bào cảm quang chính. Tế bào que có khoảng 120 triệu, rất nhạy sáng, giúp ta nhìn trong bóng tối, nhưng không phân biệt màu. Tế bào nón ít hơn nhiều, khoảng 6 triệu, cần ánh sáng mạnh hơn, và là thứ cho ta thấy màu. Phần lớn tế bào nón tập trung ở hoàng điểm, một vùng nhỏ ở giữa võng mạc nơi ta nhìn rõ nhất. Khi đọc chữ hay nhìn thẳng vào một vật, ta đang dùng vùng này.
Vì nón dồn ở trung tâm, khả năng thấy màu ở rìa tầm nhìn kém hơn ta tưởng. Thử nhờ ai cầm một cây bút màu từ phía sau đưa dần ra rìa tầm nhìn của bạn, mắt nhìn thẳng phía trước: bạn sẽ thấy có vật đang động trước khi đoán đúng màu của nó.
Ba loại nón và vùng nhạy của chúng
| Loại nón | Tên hay gọi | Nhạy nhất ở khoảng | Tỉ lệ trong võng mạc |
|---|---|---|---|
| S (bước sóng ngắn) | Nón "lam" | khoảng 420–440 nm | Ít nhất, vài phần trăm |
| M (bước sóng trung bình) | Nón "lục" | khoảng 530–545 nm | Nhiều |
| L (bước sóng dài) | Nón "đỏ" | khoảng 560–580 nm | Nhiều nhất ở đa số người |
Tên gọi "đỏ, lục, lam" dễ gây hiểu nhầm. Nón L thực ra nhạy nhất ở vùng vàng lục, không phải đỏ; nó chỉ là loại phản ứng mạnh nhất với ánh đỏ so với hai loại kia. Vùng nhạy của nón M và L chồng lên nhau rất nhiều. Chính sự chồng lấn này khiến ta phân biệt các sắc giữa đỏ, cam, vàng, lục rất tinh tế: một thay đổi nhỏ về bước sóng làm tỉ lệ kích thích M và L thay đổi rõ.
Thuyết ba màu ra đời như thế nào
Năm 1802, Thomas Young đưa ra ý tưởng táo bạo: mắt không cần một loại cảm biến cho mỗi màu, chỉ cần ba loại, và mọi màu ta thấy là tổ hợp tín hiệu của ba loại đó. Khoảng năm 1850, Helmholtz làm rõ hơn bằng các thí nghiệm pha trộn ánh sáng, cho thấy người có thị lực màu bình thường có thể pha ra bất kỳ màu nào bằng cách điều chỉnh ba ánh sáng cơ bản. James Clerk Maxwell cũng làm những thí nghiệm tương tự và dùng nguyên lý này cho bức ảnh màu đầu tiên năm 1861.
Bằng chứng trực tiếp đến muộn hơn nhiều. Năm 1964, hai nhóm nghiên cứu ở Mỹ, trong đó có nhóm của George Wald (người nhận giải Nobel Y học năm 1967 cho các công trình về sắc tố thị giác), đo được ánh sáng mà từng tế bào nón riêng lẻ hấp thụ, và tìm thấy đúng ba nhóm như Young dự đoán.
Não làm gì với ba tín hiệu
Tín hiệu từ ba loại nón không đi thẳng lên não. Ngay trong võng mạc, các lớp tế bào thần kinh đã so sánh chúng với nhau theo từng cặp: đỏ đối lục, lam đối vàng, sáng đối tối. Đây là thuyết màu đối lập của Ewald Hering (cuối thế kỷ 19), từng được coi là đối thủ của thuyết ba màu. Ngày nay các nhà khoa học hiểu hai thuyết đều đúng, ở hai tầng khác nhau: tầng nón theo ba màu, tầng thần kinh phía sau theo cặp đối lập. Danh mục này có bài riêng về dư ảnh và màu đối lập.
Nhờ cách xử lý này, mắt người có thể phân biệt một số lượng màu rất lớn. Con số thường được trích là khoảng một triệu sắc màu khác nhau, nhưng đây là ước tính, các nghiên cứu khác nhau đưa ra những con số khác nhau tuỳ cách đo.
Khi thiếu một loại nón
Nếu một loại nón thiếu hoặc lệch vùng nhạy, người đó thấy ít màu hơn. Phổ biến nhất là lẫn đỏ với lục, thường do di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X nên gặp ở nam nhiều hơn nữ. Đây là chủ đề lớn, có trang riêng ở những wiki chuyên về thị giác; ở đây chỉ cần nhớ: ai nghi mình nhìn màu khác người khác nên đi khám bác sĩ chuyên khoa mắt để được kiểm tra bằng bộ test chuẩn, không nên tự kết luận qua các bài test trên mạng.
Ngày và đêm: hiệu ứng Purkinje
Vào lúc chạng vạng, khi mắt chuyển dần từ dùng nón sang dùng que, có một hiện tượng thú vị do nhà sinh lý học người Séc Jan Evangelista Purkinje mô tả năm 1819: màu đỏ tối đi nhanh, còn màu lam lục trông sáng tương đối hơn. Một bông hoa đỏ giữa trưa rực hơn chiếc lá, nhưng lúc nhá nhem lại trông sẫm hơn chiếc lá. Lý do là tế bào que nhạy nhất ở khoảng 500 nm, vùng lam lục, và gần như "mù" với đỏ.
Hiểu điều này có ích trong đời sống: biển báo, áo phản quang màu đỏ không phải lúc nào cũng dễ thấy khi trời tối dần; màu vàng lục huỳnh quang thường nổi bật hơn trong điều kiện ánh sáng yếu.
Góc nhìn hôm nay: tự tìm hiểu mắt mình
- Lúc chạng vạng, đặt một vật đỏ và một vật xanh lam cạnh nhau, quan sát cái nào tối đi trước.
- Thử thí nghiệm màu ở rìa tầm nhìn với một người bạn.
- Khám mắt định kỳ theo khuyến nghị của bác sĩ; nếu thấy thay đổi về cảm nhận màu đột ngột, hãy đi khám sớm vì đó có thể là dấu hiệu của bệnh lý cần được kiểm tra.
Chương thị giác trong sách Sinh học phổ thông là nơi bắt đầu tốt. Người muốn đọc sâu có thể tìm các giáo trình sinh lý học thần kinh hoặc sách phổ biến khoa học về thị giác.
Câu hỏi thường gặp
Mắt người nhìn thấy màu bằng cách nào?
Nhờ ba loại tế bào nón trên võng mạc, nhạy với ánh sáng bước sóng ngắn, trung bình và dài. Não so sánh tín hiệu từ ba loại nón để tạo ra cảm giác màu.
Thuyết ba màu là gì?
Là thuyết cho rằng mọi màu ta thấy đều là tổ hợp tín hiệu của ba loại cảm biến trong mắt. Thomas Young đề xuất năm 1802, Helmholtz phát triển, và năm 1964 các nhà khoa học đo trực tiếp xác nhận có ba loại nón.
Tế bào que và tế bào nón khác nhau thế nào?
Tế bào que rất nhạy sáng, giúp nhìn trong tối nhưng không phân biệt màu. Tế bào nón cần nhiều ánh sáng hơn và cho ta thấy màu, tập trung ở hoàng điểm giữa võng mạc.
Mắt người phân biệt được bao nhiêu màu?
Ước tính thường được trích là khoảng một triệu sắc màu, nhưng con số thay đổi tuỳ nghiên cứu và cách đo. Đó là con số ước lượng chứ không phải giới hạn chính xác.