原創 狗蛋 我是科學家iScientist
全世界一千個人中，就有8位男性和5位的女性患有顏色視覺障礙，俗稱「色盲」。
顏色視覺障礙的個體差異很大。有的人，只是對某些特定的光線波長不敏感，例如我們常說的紅綠色盲。但最嚴重的色盲則無法辨別所有顏色，被稱為全色盲。
世界上第一個研究色盲的是英國化學家約翰·道爾頓，他在發現自己是色盲後，於1798年出版了第一部論述此問題的科學專著《關於色彩視覺的離奇事實》。此後，隨著光學技術的發展，人們對色盲的研究及治療也愈發深入。
顏色視覺障礙的原因，是人眼內的視錐細胞（cone cells）異常。視錐細胞是視網膜上的一種色覺和強光感受細胞，因其外節為圓錐形而得名。人類有S、M、L這三類辨別顏色的錐形感光細胞，分別對藍紫色、綠色、紅色的光最敏感。以綠色色弱為例，當主要負責吸收綠光的M型視錐細胞出現異常，它接受的光波，會與L型視錐細胞負責吸收的紅色光譜範圍重合，這就會導致人眼能夠辨別的色調減少。這種現象也被稱為M型視錐細胞的「紅移」，最終導致患者對紅色和綠色及其組合顏色的感知出現混淆。五彩斑斕的世界向這些患者關上了大門。
正常情況下，S、M、L三種視錐細胞對可見光的敏感度 | Animsaj / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
色盲患者的日常
顏色辨析障礙不僅影響人們對美的欣賞，更嚴重的是它會擾亂人們的日常生活。色盲患者在職業的選擇上會受到限制，特別是美術、醫學、化工、電工及電信等需要辨色能力的工作。根據中國2012年修訂的《機動車駕駛證申領和使用規定》，紅綠色盲患者無法獲得機動車駕駛證。以色列特拉維夫大學研究員沙倫·卡雷波夫（Sharon Karepov）提到，無法辨別紅綠，實際上給生活造成很大的麻煩 ，比如人們無法通過顏色判斷香蕉是否熟了。
正常視力下的紅蘋果和綠蘋果（上）;二色性色盲眼中的紅蘋果和綠蘋果（下）| Limbicsystem / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
幸運的是，以色列特拉維夫大學在2020年3月發表的研究，或許能為這些患者的生活「增光添彩」。通過將超薄光學器件與現有的隱形眼鏡組合起來，特拉維夫科研團隊成功地研製出了一種納米結構的隱形眼鏡，能大幅度緩解紅綠色弱視症狀，這也是最常見的一種顏色視覺障礙。
為了緩解色盲，可採用的方法是降低視錐細胞對顏色的過度攝取。此前，這項技術只能被運用於外置的框架眼鏡上。但現在，卡雷波夫團隊研發的隱形眼鏡可以更好地幫助人們緩解顏色視覺障礙。這種隱形眼鏡採用了納米級金橢圓的超表面，通過量身定製，為患者提供便捷和持久的解決方案，這項研究也被發表在了《光學通信》上。
常人看到的景象（左）；綠色弱視者看到的景象（中）；新型隱形眼鏡矯正後綠色弱視者看到的景象（右）| Sharon Karepov, Tel Aviv University
使用新型隱形眼鏡矯正後，綠色弱視者能看到「紅綠分明」的世界。通常大家認為，紅綠色盲看不到紅色和綠色。但通過上圖的例子可以發現，綠色弱視只是無法區分綠色和其他顏色，並不代表看不到綠色。甚至有時候，由於大腦對視覺信號的處理，他們看到的世界比我們還要「綠」。
研究突破與應用
卡雷波夫說道：「我們已經能在市面上購買到色盲矯正眼鏡，但它們比隱形眼鏡笨重多了。」 研究團隊利用國際色覺委員會（CIE）的顏色空間，和傳統的人眼彩色感光器模型，模擬了超表面隱形眼鏡對色覺的影響。研究表示，這種新型隱形眼鏡能提高修復顏色對比和色彩感知力10倍。
另外，團隊還採用了石原氏色盲檢測圖（Ishihara-based color test），證明這款新型隱形眼鏡確實能提高色弱患者辨識顏色的能力。「石原氏色盲檢測圖」這個名字聽起來陌生，實際上，它就是我們日常體檢時，用於檢測色盲的小圓點。這種測試圖包括一系列彩色圓盤，稱為「石原盤」，每個圓盤內布滿多種顏色和大小的圓點，組成色盲者不易區分的圖案或數字。全套的石原氏檢測圖包括38個色盤，通常只使用幾個色盤就能檢測出色覺障礙。大家可以用下圖進行自檢，顏色視覺正常者能夠看到數字74，但綠色色盲者可能會看到21，而全色盲則看不到任何數字。
石原氏色盲檢測圖之一 | Wikipedia
然而，科研成果並非一蹴而就。隱形眼鏡的形狀就是研究要解決的麻煩問題。這項研究的核心要素是超表面：這種超薄光學元件具有人造的納米結構界面，並通過空間排列的超原子來操縱光。但這項技術之前只被應用於平面，因此，科研團隊不得不研發新的技術，在不改變超表面特性的情況下，將它應用到隱形眼鏡的弧面上。可喜的是，這項將超表面轉移到弧面上的技術，得到了一些無心插柳的附加效果。科學家可以通過微調超表面的組織材料，來操縱穿過其表面的光線，從而一舉緩解其他常見的視力問題。
卡雷波夫說：「我們研發的光學元件是超薄的，可以嵌入到任何硬性的隱形眼鏡中，因此無論是綠色弱視還是其他視力障礙，如常見的近視、遠視和散光，一副小小的隱形眼鏡都能解決。」
這類隱形眼鏡目前尚未進入臨床試驗，但研究者們已經為它進一步的技術發展和臨床應用做好了準備。如果這項技術能夠投入市場並且降低價格，或許能給近視和顏色視覺障礙的患者帶來一絲福音。
作者名片
編譯：狗蛋
編輯：悲催的鉈寶寶
排版：雷穎
題圖來源：Pixabay
參考文獻：
[1] https://www.iflscience.com/health-and-medicine/new-contact-lenses-can-help-to-correct-redgreen-color-blindness/
[2] https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-45-6-1379
[3] Kulshrestha, Ruchi, and R. K. Bairwa. "Review of Color Blindness Removal Methods using Image Processing." Int. J. of Recent Research and Review 6 (2013): 18-21.
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原標題：《一副納米隱形眼鏡，色盲近視全解決》
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