Qualia Journal
知覚・錯覚
あなたが見ているその赤は、世界のどこにもない。あるのは波長の違いだけだ。リンゴの赤も、空の青も、脳が勝手に塗った色にすぎない。
ニュートンがプリズム実験の論文を王立協会に発表。白色光が複数の色の光の集合であることを示した。
同年、カッシーニが土星の衛星レアを発見。第三次英蘭戦争が勃発した年でもある。
ニュートンから350年以上。光の物理学は解き明かされた。しかし「なぜ赤が赤く感じるのか」は、いまだに誰も説明できない。
服を選ぶとき、「この青、いい色だな」と思ったことがあるだろう。友人と並んで夕焼けを見て、「きれいだね」と言ったことがあるだろう。そのとき、二人の目に映っている色が同じだと、疑いもしなかったはずだ。
しかし少し考えてみると、それを確かめる方法がない。あなたの「青」と、隣の人の「青」が同じ体験であるかどうかを、誰も証明できない。
それもそのはずだ。色は、あなたの脳の中にしか存在しない。
光の正体を指先で操作し、脳が「色」を作り出す過程を体感する。自分が見ている世界が、物理的な現実そのものではないということを、知識と体験の両面から確かめる。
ケンブリッジの自室で、23歳のアイザック・ニュートンは窓の鎧戸に小さな穴を開けた。部屋に差し込む一本の光線の前に、ガラスのプリズムを置く。壁に帯状の虹が現れた。赤、橙、黄、緑、青、紫——白い光が複数の色の光に分かれたのだ。
ニュートンは分かれた光をレンズで集め、もう一つのプリズムに通した。虹は再び白い光に戻った。白色光は「複数の色の光が混合したもの」だった。
1672年、王立協会に発表。色は光そのものに固有の性質であり、物質やプリズムが変質させて生み出すものではない、と。デカルト学派デカルト学派(Cartesian school)
デカルトの自然哲学を継承する学派。色は媒質を通る際の「変質」で生じると説明した。は猛反発した。
"The colors of the spectrum are not Qualifications of Light, derived from refractions or reflections of natural bodies, but Original and connate properties."
スペクトルの色は、自然物の屈折や反射に由来する光の変質ではなく、光に固有の生来の性質である。
— ニュートン「光と色についての新理論」(1672年)
ニュートンの発見は正しかった。だが彼は決定的な問いを残した。光に固有の性質があるとして、なぜそれが「赤」や「青」として感じられるのか。
イラスト①|ニュートンのプリズム実験
暗い部屋でプリズムが光を分解する。
画像生成AIへのプロンプト
Chojugiga-style ink wash illustration, monochrome sepia, anthropomorphic frog in 17th century attire in dark room, light through prism creating rainbow on wall, Japanese scroll painting aesthetic, no text
イメージ図(画像生成AI使用予定)
✗ よくある誤解
リンゴは赤い。赤はリンゴの性質だ。
✓ 実際は
リンゴは特定の波長の光を反射しているだけ。「赤さ」は脳が作る知覚。
✗ よくある誤解
色の種類は波長の数だけ存在する。
✓ 実際は
人間の受容体は3種類だけ。数百万の色は3つの信号比率から脳が計算している。
✗ よくある誤解
紫(パープル)は虹に含まれる色だ。
✓ 実際は
虹の端は紫(バイオレット)。紫(パープル)に対応する波長は物理的に存在しない。脳の発明品。
光とは電磁波電磁波(Electromagnetic wave)
電場と磁場の振動が伝わる波。電波〜ガンマ線まですべて電磁波で、波長が異なるだけ。の一種だ。電波もX線も太陽の光も同じ電磁波。違いは波長だけだ。人間の目が検出できるのは380~700nmのみ。電磁波の大河のうち水面に出た小石のようなものだ。
波長が長い側(約620~700nm)なら脳は「赤」、短い側(約380~450nm)なら「紫(バイオレット)」を感じる。620nmの電磁波が赤いわけではない。脳が「赤」とラベルを貼っている。電磁波そのものには色も音もない。ただの波だ。
スライダーを動かして、波長と「脳が作る色」の対応を確認しよう。物理的にはただの波長の違い。色をつけているのは脳だ。
550 nm
この色を作っているのは、ただの電磁波の振動だ。
可視光は電磁波スペクトルのごく一部。ラジオ波もX線も同じ電磁波だ。波長そのものに「色」はない——色は脳がつけたラベル。
人間の網膜には3種類の錐体細胞がある。スライダーで波長を選ぶと、各錐体の反応強度がわかる。
3つの錐体の反応比率が、脳に送られる信号のすべて。脳は波長そのものを知らない。この比率だけで「色」を構築している。
ニュートンは「色は光に固有の性質」と言った。正しい。しかし現代の神経科学はもう一歩先にいる。光には波長の違いがあるだけで「色」は存在しない。変換は脳の仕事だ。
3つの実験で、脳が色を構築する瞬間を体験してみよう。
実験 1/3:この2つの四角は、同じ色か?
中央の小さな四角を見比べてほしい。
実験 2/3:紫(パープル)はどこにある?
下の帯はプリズムで分解したスペクトル。赤から紫(バイオレット)まで虹の全色が含まれている。
この帯のどこに「紫(パープル)」がある?
実験 3/3:あなたの赤は、私の赤か?
あなたの「赤さ」は隣の人の「赤さ」と同じものか?
3つの実験が示すのは同じこと。色は物理世界に「ある」のではなく、脳が構築している。
私たちが毎日当たり前に見ている鮮やかな色は、脳の外には存在しない。
— ルディ・ベーニア(コロンビア大学), Nature Neuroscience, 2024年
色の知覚が成立するまで
太陽の電磁波が物体に当たり、一部は吸収され残りが反射。リンゴは約620~700nmの長波長を反射する。色はまだどこにもない。
網膜の錐体細胞錐体細胞(Cone cell)
S(短波長=青系)、M(中波長=緑系)、L(長波長=赤系)の3種類。色の区別はこの3種の出力比率で決まる。が反応。脳が受け取るのは3つの比率だけ。波長の値は伝わらない。
信号は脳の視覚野視覚野(Visual cortex)
後頭部の脳領域。V1で基本処理後、V4(色処理の高次領域)で色が構築される。V4が損傷すると色覚だけが失われる。へ。周囲の照明・隣接する色・経験を総合して「何色か」を判定。これが色の恒常性だ。
脳が「赤」と判定しても、なぜそれが「赤さ」という体験を伴うのかは未解明。哲学者はこれをクオリアクオリア(Qualia)
体験の「感じ」そのもの。物理的説明を超えた意識の内側の質を指す哲学用語。と呼ぶ。
光の反射(物理)→ 錐体の反応(生理)→ 脳の判定(神経科学)→ 主観的体験(未解明)。最初の3段階は科学で追えるが、最後は手つかず。
脳が色を構築するとき、物理世界にない構造が生まれる。光のスペクトルは一本の直線(赤→紫(バイオレット))だが、脳はこの両端を接続し円環にする。下の色相環の丸印の位置が紫(パープル)——対応する波長が存在しない、脳の発明品だ。
色相環——脳がスペクトルの両端を繋いで作った「円」。
丸印の位置が紫(パープル)。対応する波長は存在しない。
1666–1672
ニュートンのプリズム実験
白色光が色の混合であることを証明。
1802
トマス・ヤングの三色説
色の知覚は3種の受容体で説明できると提唱。
1850s
ヘルムホルツの実験
3波長ですべての色を再現。三色説を確立。
1872
ヘリングの反対色説
赤-緑、青-黄の対立チャンネル理論。後に三色説と共存。
1959
ヒューベル&ウィーゼル
視覚野の特徴選択的ニューロンを発見。
2024
色相選択回路の特定
ベーニアら、ショウジョウバエの脳で色相処理回路を初特定。
物理世界には異なる波長の電磁波がある。それだけだ。反射光が3種の錐体を刺激し、脳が「色」を構築する。これは幻覚ではなく、生存のために進化した優秀なシステムだ。ただし物理的現実の忠実なコピーではない。
シャコ(モンハナシャコモンハナシャコ(Mantis shrimp)
最大16種の光受容体を持つ甲殻類。弁別精度は低いが高速認識に特化。)は16種、犬は2種、人間は3種。どの動物の世界が「正しい」わけでもない。
なぜ620nmが「赤く感じられる」のかは手つかずだ。意識のハードプロブレム意識のハードプロブレム
チャーマーズ(1995年)が命名。脳の物理的プロセスからなぜ主観的体験が生じるのかという問い。そのものだ。
"Those colors do not exist outside of our brains."
それらの色は脳の外には存在しない。
— ベーニア(コロンビア大学), Nature Neuroscience, 2024
色はあなたの脳の中にだけ存在する。わずか3種の受容体から数百万の色を発明し、紫(パープル)のように波長すら存在しない色を作り出す。明日、空を見上げたとき、その青は世界にはない。それでもやはり、空は美しい。
映画『マトリックス』(1999)
見えるものは脳への電気信号にすぎない——色の知覚と同じ構造。
サックス『色のない島へ』(1997)
全色盲の島民の世界。色覚がなくても知覚は豊か。
ニール・ハービソン(1982–)
全色盲のサイボーグ・アーティスト。色を「音」として知覚。
イラスト②|異なる色覚を持つ生物たち
人間・犬・シャコが同じ花を見ているが世界がまったく異なる。
画像生成AIへのプロンプト
Chojugiga-style ink wash, monochrome sepia, frog dog and shrimp looking at same flower with different thought bubbles, Japanese scroll aesthetic, no text
イメージ図(画像生成AI使用予定)
Newton — New Theory about Light and Colours
色の科学の出発点。350年経った今も引用される。
Hue selectivity from recurrent circuitry in Drosophila
色相処理回路の初特定。色覚研究の最前線。
Colour vision in stomatopod crustaceans
シャコの色覚レビュー。受容体が多い≠よく見える。
The evolution of concepts of color vision
ニュートンから現代まで色覚理論のロードマップ。