發(fā)布時間：2022-07-13
花花世界，萬千色彩，我們?nèi)祟惪吹降氖澜绯錆M了無數(shù)種顏色，那么，我們?yōu)槭裁纯梢钥吹筋伾兀?/p>
早在17世紀(jì)，牛頓就通過著名的三棱鏡實驗，發(fā)現(xiàn)一束白光可以通過三棱鏡分解成不同顏色的光，而不同的顏色實際上對應(yīng)著不同的波長。也就是說，光在本質(zhì)上是沒有顏色的，是我們大腦將不同波長的光轉(zhuǎn)化成了我們所感知到的顏色。
在我們眼睛的視網(wǎng)膜上，存在著三種視錐細(xì)胞，分別對長波、中波、短波敏感，它們可以將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。這些電信號從視網(wǎng)膜依次經(jīng)過外側(cè)膝狀體LGN、初級視皮層V1、次級視皮層V2 、視皮層第四區(qū)V4和下顳葉皮層IT的加工處理，最終形成顏色感知。那么顏色信息在此加工過程中發(fā)生了怎樣的變化呢？
要研究顏色，首先就要對顏色進(jìn)行量化，顏色的量化需要顏色空間。RGB顏色空間是我們最熟悉的顏色空間，我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫碾娨暫惋@示器，就是通過RGB顏色空間來定義顏色的。我們視網(wǎng)膜上分別對長波、中波、短波敏感的視錐細(xì)胞就與RGB顏色空間類似，那么我們的大腦是否也是用RGB顏色空間來定義顏色的呢？答案是否定的。我們的大腦是通過認(rèn)知顏色空間來定義顏色的，比如HSL、HSV顏色空間等。所以我們的大腦對顏色信息的處理過程，就是將類似RGB顏色空間向認(rèn)知顏色空間進(jìn)行轉(zhuǎn)化的過程。
在我們視覺皮層中，編碼顏色的細(xì)胞是聚集分布的，形成顏色功能區(qū)。顏色細(xì)胞在初級視皮層V1中分布在斑點區(qū)內(nèi)，在次級視皮層V2中分布于較窄的條帶區(qū)內(nèi)，在視皮層第四區(qū)V4中分布于團(tuán)塊區(qū)中。在這些顏色功能區(qū)中，不同顏色的反應(yīng)是怎樣的，不同腦區(qū)之間又有什么差別呢？
最近的一項科研成果利用內(nèi)源信號光學(xué)成像技術(shù)，對和人類具有相同預(yù)色視覺的獼猴進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)：V1對于紅色和藍(lán)色的反應(yīng)要遠(yuǎn)強(qiáng)于其他顏色；在V2中，這種反應(yīng)優(yōu)勢有所減弱；在V4中，各種顏色的反應(yīng)則更加均勻。也就是說隨著皮層等級的升高，皮層對各種顏色的反應(yīng)強(qiáng)度變得更加均勻，這也是為什么所有的顏色我們都可以同樣感知到。
那么在顏色功能區(qū)中，顏色細(xì)胞的空間分布是怎樣的呢？早在2003年，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)隨著顏色的逐漸變化，顏色在皮層上的激活位置也在逐漸移動，將各種顏色的激活位置標(biāo)記出來就如同“彩虹”散布在大腦表面，這種排布形式被稱作“色相圖”。
科研人員最近通過對記錄到的上百個來自V1、V2、V4三個腦區(qū)的色相圖進(jìn)行量化比較發(fā)現(xiàn)，隨著皮層等級的升高，色相圖中各種顏色反應(yīng)區(qū)域的位置變得更加均勻，與我們主觀顏色感知的認(rèn)知顏色空間的位置匹配程度隨之增高。
利用更加精密的、具有單細(xì)胞分辨率的雙光子鈣成像技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)：V2中編碼不同顏色的細(xì)胞，相比于V1，排布更加規(guī)則、細(xì)胞數(shù)量也更加均勻。
總結(jié)來說，隨著皮層等級的升高，從V1到V4，皮層對各種顏色的反應(yīng)起來越均勻，與認(rèn)知顏色空間的匹配程度逐步升高。當(dāng)然，即使在V4腦區(qū)，色相圖也井不能達(dá)到與認(rèn)知顏色空間完美匹配的程度，相信在更高等級的后顳葉皮層IT，會對顏色信息進(jìn)行進(jìn)一步的加工處理，最終形成我們的顏色感知。
以上研究成果于2020年作為封面文章發(fā)表于權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《神經(jīng)元》雜志，并被評為2020年度中國神經(jīng)科學(xué)重大進(jìn)展。
作者：中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心 劉曄
附件下載： 
