Возбуждение нервного волокна, связывающего колбочку с соответствующим участком головного мозга, как и любого другого нервного волокна, состоит в изменении электрического потенциала клеток, из которого оно состоит. Электрический потенциал клетки непостоянен. В тот момент, когда она из спокойного состояния переходит в возбужденное, наружная сторона клеточной поверхности становится отрицательно заряженной по отношению к внутренней. Импульс длится одну-две десятитысячные секунды. Затем вновь восстанавливается первоначальное состояние. Возбуждение клетки всегда сопровождается изменением ее потенциала.
М. М. Бонгард и А. С. Смирнов предположили, что информация о цвете, воспринимаемом колбочками, заложена в характере изменения потенциалов нервных волокон зрительного нерва.
Измерения потенциалов нервных клеток проводились с помощью микроэлектродов — миниатюрных стеклянных капилляров, заполненных раствором, хорошо проводящим электрический ток. Прочные стеклянные стенки изолируют электролит вплоть до самого кончика электрода. Такой микроэлектрод погружают в клетку и соединяют с другим, расположенным снаружи, через весьма чувствительный прибор. Таким образом удается с достаточной точностью измерять клеточные потенциалы, но только в том случае, если диаметр кончика электрода не превышает 0,5 мк. Стоит его увеличить до 1 мк — и он будет повреждать клетку при погружении — вскоре после "укола" клетка погибнет. Исследователей интересовало не столько статическое распределение потенциалов по клетке, сколько характер их изменения при облучении глаза разным светом, поэтому в качестве измерительного прибора был использован осциллограф. Экспериментировали с глазами обыкновенной травяной лягушки. Причем сначала ученые даже не знали, умеет ли лягушка различать цвета!
С изменением окраски пучка света, падавшего в глаз, менялись и биотоки сетчатки. Но не всегда. Иногда цвет менялся, а глаз лягушки на это не реагировал. Так удалось выяснить, что у лягушки только два типа цветочувствительных элементов — "голубые" и "красные" — и смесью этих двух цветов у нее можно вызвать ощущение любого цвета. Лягушка видит примерно так же, как и люди-дальтоники, у которых в сетчатке всего два типа цветоприемников. Но тем не менее цветовое зрение у лягушки есть.
Как и предполагали исследователи, оказалось, что при воздействии пучками разного цвета нервные волокна передают разные сигналы — одного вида при красном свете и другого при голубом. На красный свет волокна отвечали короткой серией импульсов, частота повторения которых заметно уменьшалась со временем, а при достаточной длительной экспозиции импульсы пропадали совсем. При облучении глаза синим светом частота импульсов, передаваемых нервным волокном, изменялась медленнее. Итак, различие в характере сигналов, возникающих при облучении глаза светом разного цвета, было установлено экспериментально.
И сразу же возникла идея о способе моделирования цветового зрения. При проведении опытов было замечено, что законы, по которым нарастает ток фотоэлемента при облучении его синим и красным светом, неодинаковы. (С помощью фотоэлемента экспериментаторы контролировали яркость света, которым облучали лягушку.)
Оказалось, что при облучении синим светом скорость нарастания тока фотоэлемента значительно больше, чем при облучении красным. И это наблюдение оказалось весьма полезным. В самом деле, ведь такой прибор можно использовать в качестве цветочувствительного органа, сигналы которого позволят определить, какой цвет он "видит". Для этого следует только подать снимаемые с него импульсы на некоторое устройство, которое могло бы разделять их по крутизне фронтов. Если проходит импульс с крутым фронтом, устройство "решает", что фотоэлемент освещается синим светом; если фронт растянут, значит, свет красный.
