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我們能看到更多顏色嗎? 2022-12-16 12:03:00  來(lái)源:36氪

世界的五彩斑斕,離不開(kāi)我們對(duì)不同顏色的感知。通常,人類(lèi)及其他靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物都只有三種類(lèi)型的視錐細(xì)胞,只能識(shí)別三原色:紅色、綠色和藍(lán)色,而許多哺乳動(dòng)物的視覺(jué)卻只能看到兩種:藍(lán)色和綠色,但鳥(niǎo)類(lèi)、魚(yú)類(lèi)則能看到更多的顏色:紅色、綠色、藍(lán)色和紫外光色(ultraviolet)。盡管視覺(jué)系統(tǒng)的輸入只包含三原色,但人類(lèi)能感知到的顏色遠(yuǎn)不止于此,借由三原色的組合,人們能辨識(shí)千萬(wàn)種色彩。既然大腦能夠?qū)⑷N顏色輸入輸出為豐富的顏色,那么,我們能否訓(xùn)練大腦以解鎖更多的顏色呢?


(相關(guān)資料圖)

古老的視覺(jué)系統(tǒng)

早在8億年前,眼睛便隨著地球上最早期的生物開(kāi)始了漫長(zhǎng)的演化之旅。薩塞克斯大學(xué)教授湯姆·巴登(Tom Baden)提到,“古老的生物們生活在水下,區(qū)分晝夜、感知水深,識(shí)別光源的能力有助于生存。”于是,在距今5億多年前的寒武紀(jì)大爆發(fā)期間,褪黑素受體突變?yōu)橐暤鞍?,成為了幾乎所有光感受器的基礎(chǔ),進(jìn)而導(dǎo)致了脊椎動(dòng)物視網(wǎng)膜的出現(xiàn)[1]。 生物先祖?zhèn)儗?duì)顏色的識(shí)別能力如何呢?巴登教授團(tuán)隊(duì)使用斑馬魚(yú)作為生物先祖的模型,借助雙光子成像與計(jì)算分析技術(shù)(two-photon imaging and computational analysis)以及專(zhuān)業(yè)相機(jī)和測(cè)光儀。他們發(fā)現(xiàn),非哺乳類(lèi)的脊椎動(dòng)物在處理顏色和灰度信息方面比人類(lèi)簡(jiǎn)單且高效得多。

“與人類(lèi)不同,斑馬魚(yú)有4種視錐細(xì)胞,紅色、綠色、藍(lán)色和紫外光色?!币曞F細(xì)胞位于視網(wǎng)膜上,我們通常認(rèn)為不同類(lèi)型的視錐細(xì)胞會(huì)對(duì)不同顏色的光線做出反應(yīng),如紅色對(duì)應(yīng)紅光。然而,斑馬魚(yú)的視覺(jué)系統(tǒng)打破了上述假設(shè)[2]。 巴登教授團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn),斑馬魚(yú)的紅色視錐細(xì)胞感受明度信息,綠色和藍(lán)色視錐細(xì)胞感受顏色,紫外光色視錐細(xì)胞幫助識(shí)別食物。同時(shí),斑馬魚(yú)對(duì)顏色的識(shí)別加工發(fā)生在光感受器的輸出突觸中,即在視網(wǎng)膜上完成[1]。而相比之下,人類(lèi)的顏色視覺(jué)要求視覺(jué)回路從顏色信息中分離出明度信息,在自然狀態(tài)下,這些信息基本是糾纏在一起的,要解離它們并非易事,有時(shí)需要相當(dāng)多的神經(jīng)元參與[2]。

University of Sussex在共聚焦顯微鏡下,突出線上出的斑馬魚(yú)幼苗眼睛中的神經(jīng)細(xì)胞

世界的色彩因物種而異

斑馬魚(yú)的顏色加工被巴登教授稱(chēng)為“魚(yú)的策略”。他認(rèn)為,該策略可能與脊椎動(dòng)物的視覺(jué)起源更為接近?;厮菅莼瘹v史,在恐龍統(tǒng)治地球的時(shí)期,早期哺乳動(dòng)物被認(rèn)為逃往了森林謀求生存,它們逐漸演變?yōu)榱艘剐械纳罘绞?,喪失了兩?lèi)視錐光感受器。因此大多數(shù)哺乳動(dòng)物的世界都只有兩種顏色,包括犬、貓、馬、甚至倉(cāng)鼠和老鼠在內(nèi),只能區(qū)分藍(lán)色和綠色,不能區(qū)分綠色和紅色,換言之,它們都是人類(lèi)眼中的“紅綠色盲”。

隨著演化的進(jìn)行,靈長(zhǎng)類(lèi)(如人類(lèi)、黑猩猩、大猩猩等)重新獲得了一些喪失的顏色視覺(jué)能力。但就像是手機(jī)中的計(jì)算攝影,靈長(zhǎng)類(lèi)重獲的顏色視覺(jué)能力需要大量的計(jì)算,是大腦而非眼睛,讓我們感知到不同顏色,并且區(qū)分顏色這一復(fù)雜的過(guò)程,需要我們從嬰幼兒時(shí)期隨大腦發(fā)育不斷習(xí)得。 人類(lèi)的顏色視覺(jué)的確比斑馬魚(yú)要復(fù)雜得多。斑馬魚(yú)的4種視錐細(xì)胞均扮演神經(jīng)元的功能,有著不同的細(xì)胞表層蛋白質(zhì),因此能夠直接且便捷地區(qū)分不同波長(zhǎng)的光線。而按照光線的波長(zhǎng)不同,人類(lèi)的3種視錐細(xì)胞依次對(duì)藍(lán)、綠、紅光做出反應(yīng),但視網(wǎng)膜回路本身不具備區(qū)分顏色的能力。簡(jiǎn)言之,同為視網(wǎng)膜及視錐細(xì)胞,斑馬魚(yú)能夠完成從輸入到輸出顏色知覺(jué)的全過(guò)程,而人類(lèi)僅僅只能對(duì)輸入完成初步處理。

-Alex Maltsev-

顏色視覺(jué)是否能被塑造?

既然人類(lèi)的顏色視覺(jué)主要由大腦負(fù)責(zé),那么,我們是否有可能通過(guò)訓(xùn)練大腦的方式,拓寬人類(lèi)的顏色視覺(jué)呢?

一些過(guò)往研究暗示了顏色認(rèn)知的可塑性。例如,語(yǔ)言相對(duì)論認(rèn)為語(yǔ)言和文化的差異會(huì)引發(fā)顏色認(rèn)知的差異[3],戴維斯(Davies)等人針對(duì)英語(yǔ)、俄語(yǔ)和茨瓦那語(yǔ)(Setswana)群體的研究發(fā)現(xiàn),茨瓦那語(yǔ)用“botala”表示藍(lán)和綠;英語(yǔ)用“blue”和“green”兩個(gè)詞;俄語(yǔ)則使用“sinij”、“goluboj”和“zelenyj”區(qū)分綠、暗藍(lán)和亮藍(lán)。于是,在分類(lèi)時(shí),茨瓦那語(yǔ)被試傾向于把藍(lán)綠色塊歸為一類(lèi),俄語(yǔ)被試則會(huì)把暗藍(lán)和亮藍(lán)分為兩組[4]。類(lèi)似地,張積家等人針對(duì)漢語(yǔ)和納西語(yǔ)人群的研究發(fā)現(xiàn)了相同結(jié)果,納西語(yǔ)不區(qū)分藍(lán)綠,納西人對(duì)藍(lán)色和綠色的辨別與記憶也都較差[5]。關(guān)于這一問(wèn)題更為有力的答案,或許來(lái)自“四色視覺(jué)”(tetrachromacy)者。四色視覺(jué)者擁有4種視錐細(xì)胞,她們的第四種視錐細(xì)胞對(duì)光譜上的黃-綠區(qū)域最為敏感。如果說(shuō)普通人最多能夠區(qū)分100萬(wàn)種不同的顏色,那么四色視覺(jué)者被估計(jì)能看到的顏色即有100萬(wàn)種[6]。作為一名四色視覺(jué)者,澳大利亞印象派藝術(shù)家孔徹塔·安蒂科(Concetta Antico)在先天優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上,長(zhǎng)期且大量的藝術(shù)訓(xùn)練極大地加強(qiáng)了她的色彩能力,她的作品色彩之豐富令人嘆為觀止。安蒂科的例子或許能進(jìn)一步表明,由于人類(lèi)的顏色知覺(jué)主要由大腦完成,即使能夠看到更多的顏色,顏色知覺(jué)的拓展可能依然離不開(kāi)長(zhǎng)期的塑造過(guò)程。

Concetta AnticoHollyhocks

尼爾·哈比森(Neil Harbisson)的例子或許更為直截了當(dāng)[7]。本是色盲的他,看見(jiàn)的只有灰色。但2006年固定在他顱骨里的天線“eyeborg”,將顏色轉(zhuǎn)化為音符,讓他“聽(tīng)到”了顏色。Eyeborg會(huì)將光的頻率轉(zhuǎn)換為聲音的頻率,通過(guò)骨傳導(dǎo)傳到哈比森的內(nèi)耳。而哈比森則根據(jù)每種聲音頻率的不同來(lái)分辨色彩。甚至,這也能讓他看到紅外光和紫外光——“紅外線是最低的聲音,紫外線是最高的聲音。”此外,他還掃描人們的面部,尋找不同的色調(diào),將此轉(zhuǎn)化為音調(diào),并形成短小的音樂(lè)作品,來(lái)創(chuàng)建聲音肖像。在他的作品中,視覺(jué)色彩變成了聲樂(lè),樂(lè)譜則變成了色彩繽紛的藝術(shù)。這何嘗不是另一種由大腦構(gòu)建的顏色視覺(jué)形式呢?

https://www.ted.com/talks/neil_harbisson_i_listen_to_colorhttps://ideas.ted.com/the-sound-of-color-neil-harbissons-talk-visualized/哈比森:色彩之聲

我們看到的一定是真實(shí)的世界嗎?從顏色知覺(jué)的研究來(lái)看,世界或許遠(yuǎn)比我們感知到的復(fù)雜得多。在輸入極為有限的情況下,人類(lèi)究竟能夠看到怎樣多彩的世界,大腦才是決定者。

參考文獻(xiàn)

[1] https://medicalxpress.com/news/2022-11-brains-1.html

[2] https://phys.org/news/2021-10-dont-green-envy-fish-distinguish.html

[3] Regier, T., & Kay, P. (2009). Language, thought, and color: Whorf was half right. Trends in Cognitive Sciences, 13, 439–446.

[4] Davies, I. R., Corbett, G. G., Laws, G., McGurk, H, St. Moss, A. E. G., & Smith, M. W. (1991). Linguistic basicness and colour information processing. International Journal of Psychology, 26, 311–327.

[5] J. Wang, J. Zhang. (2012). Color Terms and Color Cognition: Based on the Perspective of National Psychology. Advances in Psychological Science, 20(8), 1159-1168.

[6] https://www.sciencefocus.com/the-human-body/tetrachromacy/

[7]https://www.dezeen.com/2013/11/20/interview-with-human-cyborg-neil-harbisson/

關(guān)鍵詞: 視錐細(xì)胞 顏色視覺(jué) 光感受器

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