Licht is elektromagnetische straling. Het menselijk oog is gevoelig voor golflengtes tussen ruwweg 380 nanometer (violet) en 700 nanometer (rood). Golflengtes buiten dit bereik, zoals ultraviolet en infrarood, zijn voor ons onzichtbaar, al kunnen andere dieren ze wel waarnemen: bijen zien ultraviolet en kunnen daarmee patronen op bloemblaadjes onderscheiden die voor ons verborgen zijn.
Wit licht, zoals zonlicht, is een mengsel van alle zichtbare golflengtes tegelijk. Isaac Newton demonstreerde dit in 1665 door zonlicht door een glasprisme te laten vallen en zo het spectrum van regenboogkleuren te creëren. Wanneer wit licht op een rode appel valt, absorbeert de schil vrijwel alle golflengtes behalve de rode, die worden gereflecteerd naar jouw oog. In die zin heeft een appel geen kleur: hij heeft golflengtes. De kleur rood wordt gecreëerd door jouw brein.
Het menselijk netvlies bevat drie soorten kegeltjes, elk het meest gevoelig voor een andere range van golflengtes. L-kegeltjes reageren het sterkst op langere golflengtes, in het rood-geel bereik. M-kegeltjes zijn gevoelig voor middelmatige golflengtes in het groen bereik. S-kegeltjes reageren op korte golflengtes in het blauw-violet bereik.
Elke kleurervaring is gebaseerd op de relatieve activatie van deze drie typen. Puur geel licht van 580 nanometer activeert L-kegeltjes sterk, M-kegeltjes matig en S-kegeltjes nauwelijks. Maar een mengsel van rood en groen licht activeert L- en M-kegeltjes in een vergelijkbare verhouding en wordt daardoor als geel ervaren, zelfs als er geen golflengte van 580 nanometer aanwezig is. Dit is de reden dat RGB-monitoren kleur kunnen simuleren met slechts drie primaire kleuren: ze hoeven niet de werkelijke golflengtes te reproduceren, alleen de kegeltjesactivaties.
Wetenschappelijk: Ongeveer 8% van de mannen en 0,5% van de vrouwen heeft een vorm van kleurblindheid, veroorzaakt door het ontbreken of disfunctioneren van een type kegeltjes. De meest voorkomende vorm is rood-groenblindheid, waarbij L- en M-kegeltjes vergelijkbare spectrale gevoeligheid hebben.
Een van de meest opmerkelijke capaciteiten van het menselijk visuele systeem is kleurconstantie: het vermogen om de kleur van een object te herkennen als constant, zelfs wanneer de belichting dramatisch verandert. Een witte muur ziet er wit uit in helder zonlicht, bij zonsondergang in oranje-rood licht, en onder tl-verlichting in blauw-wit licht. De golflengtes die de muur reflecteert zijn telkens anders, maar je brein compenseert automatisch voor de lichtbron.
Dit mechanisme, kleurconstantie, is evolutionair onmisbaar: zonder het zouden objecten volledig van kleur lijken te veranderen bij elke verandering in belichting, wat het herkennen van rijpe versus onrijpe vruchten of gevaarlijke versus veilige objecten extreem moeilijk zou maken.
Kleurconstantie is echter niet perfect en kan leiden tot spectaculaire illusies. De beroemde jurk-controverse van 2015, waarbij miljoenen mensen het erover oneens waren of een jurk blauw-zwart of wit-goud was, is een schoolvoorbeeld. Afhankelijk van hoe het brein de belichting in de foto interpreteerde, compenseerde het op twee verschillende manieren, wat leidde tot twee totaal verschillende kleurervaringen van hetzelfde beeld.
Kleur wordt nooit in isolatie waargenomen: het brein vergelijkt altijd de kleur van een vlak met de omgeving. Dezelfde grijstint ziet er lichter uit op een donkere achtergrond dan op een lichte achtergrond, een fenomeen dat simultaancontrast wordt genoemd. Dit is niet een optische truc of fout: het is hoe het visuele systeem is ontworpen om te werken.
De reden is dat absolute helderheid van een oppervlak weinig zegt over de eigenschappen van het object zelf: het is sterk afhankelijk van de belichting. Relatieve helderheid, hoe helder een oppervlak is vergeleken met zijn buren, is een veel betrouwbaardere indicator van de werkelijke reflectiviteit van het materiaal. Het brein gebruikt relatieve helderheid als proxy voor materiaalkleur, wat in de echte wereld zelden fout gaat maar in kunstmatig gecreëerde situaties tot sterke illusies leidt.
Wanneer je langdurig naar een helder gekleurde stimulus kijkt, raken de kegeltjes die voor die kleur gevoelig zijn tijdelijk vermoeid en worden minder responsief. Wanneer je dan naar een neutrale achtergrond kijkt, domineren de niet-vermoeide kegeltjes tijdelijk, wat resulteert in een nabeeld in de complementaire kleur.
Staar dertig seconden naar een helderrood vlak en kijk dan naar een wit oppervlak: je ziet cyaan, de complementaire kleur van rood. Dit is omdat de L-kegeltjes (rood-gevoelig) vermoeid zijn en tijdelijk minder signaal produceren, terwijl de M- en S-kegeltjes (groen- en blauw-gevoelig) normaal blijven functioneren. Groen plus blauw wordt door het brein als cyaan waargenomen.
Negatieve nabeelden zijn niet slechts curiositeiten: ze worden ook gebruikt in klinische oogheelkunde om de conditie van fotoreceptoren te testen. Een patiënt die geen normaal nabeeld produceert kan kegeltjesschade hebben in het corresponderende spectrale bereik.
Een fascinerend randverschijnsel van kleurperceptie is synesthesie, waarbij zintuiglijke signalen spontaan worden gecombineerd met ervaringen in een ander zintuiglijk modaliteit. De meest voorkomende vorm is grafeem-kleur synesthesie: elke letter of elk cijfer heeft voor de synestheet een specifieke kleur. De letter A is misschien rood, de B blauw, het cijfer 7 geel.
Synesthesie is niet ingebeeldt maar neuraal. fMRI-studies tonen dat de kleurgebieden van de visuele cortex actief zijn bij synestheten wanneer ze gekleurde letters lezen, ook als die letters in zwart zijn gedrukt. Synesthesie treft naar schatting 4% van de bevolking, al zijn er tientallen vormen beschreven: muziek met kleuren, smaken met vormen, days-of-the-week met persoonlijkheden.
Wist je dat: Wil je weten of je misschien synestheet bent? Neem mentaal de cijfers 1 tot 9 door. Heeft een van hen een sterke kleurassociatie die altijd hetzelfde is? Dan heb je mogelijk een milde vorm van synesthesie, al is dat geen diagnose.