Beyin renkleri nasıl algılıyor?

Dünyadaki tüm renkleri analiz edebilen görsel sistemimiz yaklaşık bir milyon farklı rengi algılayabiliyor! Bunun için evrim insanı ve çeşitli hayvan türlerini, son derece gelişmiş beyinsel taramayla basit bir algılama yöntemini bir araya getiren bir sistemle donattı.

Retinanın içinde ışığa duyarlı fotoreseptör hücreler baktığımız nesnelerin yansıttığı ışınları alıyorlar. Bu hücreler son derece az ışığa duyarlı çomaklarla aydınlatma yeterli olduğu takdirde renge duyarlı konilerden oluşuyorlar.

Renk başına bir koni düşmüyor, çünkü bu tür bir yöntem ne güvenilir ne de enerji bakımından ekonomik olurdu, üstelik yer sorunu yaratırdı!

Hayır, doğa çok daha güçlü ve etkin bir sistemi tercih etti: Her türün belli bir dalga uzunluğu serisine hassas olduğu üç değişik türde koni.

Buna göre:

S konileri (‘small wavelengths’: küçük dalga uzunlukları) 420 nanometrelik bir dalga uzunluğunda maksimum hareketlilik kazanıyorlar, bu da mavi renge denk düşüyor;

M konileri (‘medium’) 530 nanometrelik dalga uzunluğunda yeşil rengi temsil ediyorlar;

L konileri (‘long’) ise 560 nanometrelik bir dalga uzunluğu (sarı renk) ulaştığında, kırmızıya kadar uzanan dalga uzunluklarına hassas olabiliyorlar.

Sırları ne?

Bu arada, nedeni bilinmemekle beraber sarı konilerin sayısının (toplam yüzde 60) ‘yeşil’ ve ‘mavi’ olanlardan (sırasıyla yüzde 30 ve yüzde 10) daha fazla olduğunu da hatırlatalım. Farklı konilerin evrim sırasında ortaya çıkmadığı ve aynı şekilde gelişmediği tahmin ediliyor.

Sırları mı? Bunlar, ışının dalga uzunluğuna orantılı belli bir miktar enerji taşıyan fotonlarla (ışık parçacıkları) çarpıştıklarında çok küçük bir dönüşümün merkezi haline geliyorlar.

Daha somut bir ifadeyle, fotonlar ‘opsin’ adlı pigmentin içine yerleşmiş, çok daha büyük olan ‘retinal’ adlı kolaylıkla esneyebilen küçük bir molekülün şeklini değiştiriyorlar. Retinalın deformasyonu opsinin deformasyonunu beraberinde getirirken bu da bir dizi biyokimyasal reaksiyonu tetikliyor; bu reaksiyonlar da, şiddetinin görsel sistemin geri kalanına ışıklı yoğunlukla ilgili bilgi aktardığı sinir sinyaline yol açıyor. Her birinin ışıklı spektrumun bir bölümüne hassas olduğu üç tür opsin var.

Kısacası göz reseptörü şöyle işliyor: Aynı miktarda foton bir koni türüne ulaştığında, ışığın dalga uzunluğu emilme doruk noktalarına denk düşüyorsa bu konilerde büyük bir hareketlenme görülüyor.

Dalga uzunluğu ne kadar uzaklaşırsa koniler de o kadar az hareketlenecektir. Böylece algılanan dalga uzunluklarına göre konilerin üç kategorisinden her birinde değişik şiddette sinyaller ortaya çıkıyor ve bu da, görsel sistemin insan beyninin algılayabileceği tüm renk çeşitlerini çıkarsamasını sağlıyor.

‘Parvo’ ve ‘Konyo’

Retinada koniler, faaliyetlerini karşılaştıran iki kutuplu ve yatay hücreler olan nöronlara bağlıdır. Ancak bu bağlantılar gelişigüzel değil: Nöronlar M konilerinin (yeşil) hareketliliğini L konilerinkiyle (sarı), S konilerinin (mavi) hareketliliğini ise konilerin toplamınkiyle karşılaştırır.

Bu çift yönlü karşılaştırmanın sonuçları sinir impulsu olarak kodlanıp optik sinir tarafından Parvo ve Konyo adlı iki sinirsel yol aracılığıyla beyne ulaştırılır; Latince kökenli Parvo ve Konyo, bu fiberlerin beynin bir başka bölgesi olan ‘yanal diz çökmüş sinir’de kavuştukları hücreleri tanımlanmakta. Görsel kortekste, daha doğrusu V4 olarak tanımlanan bölgede ortaya çıkan bu bilgiler değişik renkleri tanıyabilen milyonlarca nörondan oluşmuş karmaşık bir ağ içinde bölünmüşlerdir.

Nitekim, bu hücrelerden her biri yatay ve iki kutuplu hücreler aracılığıyla konilerden ulaşan bir bilgi ağıyla hareketlenir ki bu da bir renge tekabül etmektedir. Sinyallerinin aynı ve uzmanlaşmış nöronlarla analiz edildiği ışıklı üç alıcı kategorisinden oluşan bu sistem sayesinde milyonlarca renk tanınabilmektedir.

Ancak dalga uzunluğu, yani bir nesnenin yaydığı ışıklı ışınım spektrumu önemli olsa da, görsel sistem tarafından değerlendirilen tek parametre değil. Bir rengin incelendiği bağlam, algılama biçimini de etkiliyor. Böylece koyu kırmızı bir zeminde kırmızı renk mavi renk zemine göre çok daha az parlaktır.

Ayrıca, herkesin kişisel deneyimi, çocukluktan beri renkleri algılayış biçimi algılama şeklini az çok etkiliyor olabilir. Üstelik son derece ufak nüansları tanımlayacak sözcükler de yoktur.

Öte yandan, bazılarında sağ göz ile sol gözün renkleri algılama biçiminin bütünüyle aynı olmamasının kişiden kişiye farklılıklar olduğunu ortaya koyuyor.

Evrim sırasında nasıl oldu da böyle bir yetenek gelişti? Doğa Tarihi Ulusal Müzesi’nde (Fransa) renk görüşü uzmanı olan Françoise Viénot’ya göre, ‘renklerin algılama kapasitesine sahip hayvan türleri, gün içinde ışıktaki değişimleri telafi eden bu mekanizma sayesinde hayatta kalabildi.’

Renkleri algılama kapasitesine sahip olmasaydık, görsel çevremiz kuşkusuz gün doğuşunda, güneş doruktayken ve alacakaranlıkta gerektiği gibi olmayacaktı! Bu koşullarda da bir canlının yaşadığı ortamda yönünü bulması ya da yeni bir yer keşfetmesi çok zorlaşacaktı.

İnsan ve maymun ayrıcalıklı

Bu doğal ışık telafisi renkleri sınırlı tanıma kapasitesiyle (yalnızca iki pigmente dayalı) elde edilebilse bile, maymunlar ve özellikle de insan bu yeteneği maksimum dereceye çıkarmayı başardılar.

Renklerin daha iyi ayırt edilmesi evrim sürecinde sağlanmış olabilir çünkü evrim maymunların beslenme tarzlarını zenginleştirip daha çeşitli meyveler toplamalarına olanak sağladı. Françoise Viénot’ya göre bir diğer avantaj ise şu: ‘Hayvanların deri rengi yaşa göre değişir ayrıca en genç eşin yani en üretken eşin seçimi renklerin iyi tanınmasına bağlı.’

Görsel sistemimizin ayırt edebildiği renklerin saptanması için çeştili deneyler yapıldı. (kaynak: Science et Vie). Bu çalışmalar sonucunda insan beyni ve gözünün algılayabildiği bir milyonu aşkın renk saptandı. Başka yöntemlerle ise 17.000 gibi daha düşük sayıda renk ayrımı yapıldı.

Üç tür daltonizm var

Renkleri ayırt edememe hastalığı olan daltonizmin üç çeşidi var. Bunlar, retinanın ‘fotopigment’ proteinlerinin üretimini kodlayan genlerin hasar görmesiyle ortaya çıkıyorlar. ‘Protanop’ dalton hastalarında ‘sarı’ konilerin pigmentinde tahribat meydana geliyor; ‘dötenarop’larda yeşile duyarlı pigment görülmezken ‘tritanop’lar ise maviye duyarlı pigmentten yoksun. Kırmızı ve yeşile duyarlı pigmentlere denk düşen genler X kromozomu üzerinde yer alıyorlar. Bu nedenle, bu iki rengi etkileyen daltonizm kadınlara kıyasla (yüzde 0.45) erkeklerde daha yaygın (yüzde 8). Nitekim kadında bir gen mutasyona uğradığında ikinci kromozomda mevcut olan işlevini yerine getiriyor; oysa erkekte tek bir X kromozomu var. Kadının dalton hastası olması için hem anne hem de babanın bu genin taşıyıcısı olması gerekiyor. Ebeveynlerinden bu bozuk geni alan kadın kendisi etkilenmeden taşıyıcı olabiliyor ve bunu çocuğuna geçirebiliyor. Maviye duyarlı pigmenti kodlayan gen 7. kromozom üzerinde yer alıyor. Hem erkekte hem de kadında bu kromozom kalıtımda çift bulunduğu için bu gen nadir olarak hasar görüyor.

1- Limonun sarı ışınları göz retinasına çarpıyor. Retinanın merkezi foveada üç çeşit koni vardır. Mavi, yeşil ve kırmızıları alan bu koniler gönderilen renge bir sinir sinyaliyle tepki gösterirler.

2- İki kutuplu hücreler sınıflandırıyorlar. İki kutuplu hücreler konilerin gönderdiği sinir impulslarını alıp karşılaştırıyorlar: Yeşiller kırmızılarla, maviler ise yeşil ve kırmızıların toplamıyla. Bu iki kodlanmış bilgi bir araya getirilip ‘Parvo’ ve ‘Konyo’ adlı iki sinir yoluyla görsel alanlara gönderiliyor.

3- Görsel korteks rengi yaratıyor. İki yol, önce V4 sonra da V1 düzeyinde ‘yanal diz çökmüş cisim’ aracılığıyla görsel alanlarda sonlanır. Milyonlarca nöron V4 ve V1’de rengi ‘inşa eder’. Bu nöronlar göze ulaşan dalga uzunluğunu ve içerik, kontrast, çocukluktan beri renklerin belleğe işlenmesi v.s. parametreleri hesaba katarlar.