世界上仅有五个人，看见了这种前所未有的颜色

神经科学家们一直都不确定，人类是否能理解从未见过的颜色。如今，一项新的技术有望探索我们的视觉感知极限。

撰文 | LAUREN LEFFER

译者 | EY

彩虹，可能要“升级”了。一种全新的高科技呈色方法，让五位实验参与者看到了人类标准视觉范围之外的颜色。这项研究于4月18日发表在《科学进展》期刊上，其作为一种“概念验证”，展示了该技术有望帮助神经科学家探索此前难以解答的视觉感知问题。未来，它甚至可能帮助色盲患者感受完整的颜色光谱，还能让普通视力的人识别出数百、数千甚至数百万种原本无法分辨的色调。

“这是一项技术上的壮举。”华盛顿大学眼科系的神经科学家、教授杰伊·内茨（Jay Neitz，未参与这项研究）表示，“他们所做到的几乎像科幻小说一样，太惊人了——这项技术真是不可思议。”

这项新方法和原型设备被称为“Oz Vision System”（奥兹视觉系统），名字明显是致敬《绿野仙踪》这部电影【电影里有一首经典歌曲叫做《彩虹彼端》（Over the Rainbow）】。而这种新颜色被命名为“olo”，其名字来源于它在理论色彩空间中的坐标值：[0,1,0]。

什么是色彩空间？

色彩空间是用来描述和绘制人类可见色彩的标准方式，它基于“三色视理论”——即大多数人拥有三种视锥细胞。我们眼睛中的感光细胞分别对短波长、中波长和长波长的光敏感，对应蓝色、绿色和红色。正是通过这三种视锥细胞的组合，大多数人可以分辨大约一百万种可见光中的不同颜色。

但即使在可见光范围内，也存在一些颜色是三色视人类无法真正“看见”的。这是因为三种视锥细胞对光的响应曲线存在重叠，特别是中波长的M型细胞（对绿色敏感），其响应区域与长波（L型）和短波（S型）细胞都有交叉。在自然条件下，没有哪种波长的光能只单独激活人类眼中的M型细胞。因此，每当你看到“绿色”时，其实总会掺杂一点别的颜色——比如来自L型细胞的黄色或S型细胞的蓝色。

“Oz系统”打破了这一人类视觉的天然限制。它的研究协议允许科学家精准地刺激某一组特定的视锥细胞，比如单独激活M型细胞。这样一来，被试便能看到一种极其纯粹、强烈的绿色（或蓝绿色，不同人描述略有差异），这种颜色以往被归类为“虚构颜色”（imaginary color），因为在自然状态下，人类眼睛无法感知它。

欢迎来到“Oz”

Oz系统的第一步是为每位被试绘制一张极其详细的视网膜“地图”，对其中的每一个感光细胞进行分类。这份“个性化地图”随后被用来指导一个对眼睛安全的激光器，发射极其精确的光束，做到一次只打在一个细胞上。为了实现这种精准度，电脑系统必须实时侦测并修正眼睛那种微小但不可避免的移动。单独刺激一个视锥细胞并不会产生可感知的颜色，因此Oz更进一步，让激光以锯齿形快速扫过预先选定的细胞区域，只有当激光经过目标细胞时才会发光。在这项新研究中，目标细胞是被归类为M型感光细胞的视锥细胞。

通常，人类感知颜色，是基于不同波长的光以一定比例和模式刺激我们的视锥细胞而产生的。但在Oz视觉系统中，由于可以精确刺激选定的细胞，哪怕只使用一种波长的光，也能让人感受到无数种不同的颜色。

目前的Oz原型装置包括传感器阵列、激光光源、反射镜和光子计数器，它集成了数十年积累下来的多项技术成果。“这是几十年来所有这些技术发展的集大成者。”罗切斯特大学眼科助理教授、神经科学家莎拉·帕特森（Sara Patterson）评价说，她并未参与本项研究。“我觉得这真是太棒了。”

研究团队用五位人类被试验证了Oz系统的效果，并通过多种方式确认他们看到的确实是前所未有的新颜色。“这是一个控制得非常严谨的实验。”帕特森补充说。他们在不同颜色的背景下呈现“olo”颜色，加入运动覆盖图层，并将其与一些位于人类正常色彩边缘的颜色进行对比。在这类试验中，研究人员要求被试使用旋钮调整“olo”色块，直到它看起来与真实颜色块一致。所有情况下，被试都必须加入大量白光来‘稀释’olo颜色，直到他们认为它和正常颜色方块看起来一致为止。”

绿色新纪元

那么，“olo”颜色到底长什么样？

“olo 看起来像是一种蓝绿色，是我见过最饱和的蓝绿色或青绿色。”加州大学伯克利分校的计算机科学家、视觉计算专家吴义仁（Ren Ng）表示。他不仅是这项研究的合著者之一，也亲自作为被试体验了“olo”。“这种颜色很容易命名，也非常清晰可感知”，但它的饱和度远高于自然界中的任何颜色。他把看到“olo”的体验比作第一次看到绿色激光笔的震撼感。“当时我可能会说，‘哇，这是我见过最绿的绿色’”，但现在，olo 更胜一筹。

在进行Oz视觉实验前，研究人员汉娜·多伊尔（Hannah Doyle）会先对扫描激光检眼系统进行校准。丨照片来源：Ren Ng

为了看到“olo”，被试必须保持极度静止，眼睛精准对位——研究中甚至使用了咬合支架来固定头部。被试要盯着一个空间中的固定点，同时激光在视野边缘刺激一个方形区域。吴义仁表示，这种刺激让“olo”以一个视觉斑块的形式出现，面积大约是满月在天空中视觉大小的两倍。只要眨一下眼，系统就必须重新校正运动，因此“olo”每次只会出现几秒，然后消失，再重新闪现。尽管这种体验很短暂，Ren仍然激动地表示：“这太酷了，我简直乐坏了！”

彩虹般的可能性

吴义仁对于未来更是充满期待。“olo”的出现证明，精确地激活特定视锥细胞在技术上是可行的。既然这种方法已经被验证有效，接下来还有许多可以拓展的方向。

目前，研究团队正探索Oz系统是否能帮助色盲人士——也就是功能上只有两种视锥细胞（称为“功能性二色视”）的人——暂时拥有完整的人类色觉范围。理论上，这可以通过“人为分类”一部分视锥细胞为他们所缺失的那一种类型，并用激光选择性地、不与其他细胞同步地刺激它们来实现。吴义仁解释说，到目前为止，这项研究进展顺利。

这并不是人类第一次尝试“修复”色盲。在2009年一项里程碑式的研究中，杰伊·内茨（Jay Neitz）和其同事曾通过基因疗法，在色盲猴子眼中引入第三种视锥细胞。结果令人鼓舞——猴子在测试中能够区分它们原本看不出来的物体。

但猴子毕竟无法告诉我们它们的真实感受，因此科学家们也无法确定它们是否真正“看见”了原本无法识别的颜色。“我们其实并不知道它们到底看到了什么。”内茨说。相比之下，如果使用Oz系统让人类色盲者获得第三种视锥细胞刺激，人们就可以明确地描述他们是否真的感受到新颜色。“这其实是我多年前的一个梦想，”他说，“现在看起来真的有希望实现了。”

在更远的未来，吴义仁和同事希望更进一步。他们设想，有朝一日可以利用Oz系统模拟“四色视者”（tetrachromats）的视觉体验——这种能力存在于某些动物（如鸟类、鱼类）以及极少数人类个体身上，他们拥有四种视锥细胞，色彩辨别能力是普通人的100倍。然而，目前的技术还无法做到这一点。

虽然Oz系统的确是一项惊人的技术成就，但它也并非完美。西北大学的神经科学家、助理教授格雷戈里·施瓦茨（Gregory Schwartz）指出，研究本身“非常精彩”，也“令人兴奋”。但Oz系统仍存在一些局限，研究作者们也在论文中诚实地列出了这些问题。

Oz虽然是迄今为止人类最精准的视锥细胞刺激系统，但其准确率并非100%。有相当一部分激光光子没有击中目标细胞，而是“漏光”到了其他细胞——大约三分之二的光子被非目标细胞吸收。施瓦茨说：“他们在论文中对此非常诚实。”尽管有这些“漏光”，他仍然相信“olo”确实处在人类标准色彩空间之外，“但可能没有他们原本设想的那么远”。

施瓦茨还指出，另一项主要限制，是Oz原型设备的体积与可扩展性。我们距离将这种技术变成可穿戴的眼镜或屏幕还很遥远——这些设备不仅需要能够精准追踪眼球运动，还得实现完整的Oz色彩体验。而且，要为每位被试绘制详细的视网膜地图，本身就是一项非常耗费资源的工程（这也是本次实验被试人数如此之少的原因之一）。尽管如此，“超级色彩”的虚拟现实，如今比以往任何时候都更接近现实。

在色彩感知研究这个领域中，科学家们常常在一些基本问题上反复探讨，使用的方法也大同小异，例如关于颜色视觉的神经通路，或视网膜与大脑在色彩感知中各自的作用。但帕特森指出，Oz系统打开了一扇通往全新领域的大门。

她提到，光是这五位被试都对“olo”颜色的描述如此一致，而且他们都能明显将它与人类正常色彩范围内的颜色区分开来，就已经引发了不少有趣的问题：我们的视觉感知系统到底有多“可塑”？过去，神经科学家们一直不确定，人类是否能理解一种从未见过的新颜色。而这项研究则进一步证明，在特定情境下，我们的大脑是有能力识别并理解这些陌生色彩的。

“有时候，当你把系统推向它平常运行范围之外的极限，就像他们现在做的那样，你就真的能学到全新的东西。”帕特森说，“我迫不及待想看到接下来的研究会是什么。”——只是，很难想象未来将会有多“缤纷”了。

本文经授权转载自微信公众号“神经现实”，原文：

https://www.popsci.com/health/new-color-green

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