剛知道！世界上所有顏色都是大腦「想」出來的！中國科學家解開大腦「調色板」之謎

2020-09-05 文匯網

紅花綠葉、藍天白雲，這些色彩是物體本身具有的，還是來自人的感知？最近，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心王偉研究組和北京大學唐世明研究組合作，詳細描繪出了大腦中的「調色板」是如何給眼睛看到的世界「染」上各種顏色的。昨天（26日）深夜，國際著名學術期刊《神經元》在線發表了相關論文。

早在18世紀，英國科學家牛頓就意識到，光波其實是一種波長在特定範圍內的電磁波，它並不具有顏色。我們之所以能識別出數千種不同的色調，其實是大腦為視網膜感知到的可見光信息所設定的識別標籤。

當我們使用畫圖軟體時，會有不同的調色工具從不同維度來調節顏色：最基本的是通過紅黃藍三原色的不同配比，精準調配出我們所需要的顏色；此外還有顏色的飽和度、亮度的調節等。那麼，大腦中是否也有這樣一個「調色板」呢？

早在十年前，王偉研究員團隊就開始探索這個問題。「大小鼠和貓科動物都感知不到色彩，所看到的只是一個灰度世界。」他說，靈長類動物、部分魚類等動物才具有分辨色彩的視覺，因此實驗難度非常大。隨著研究技術的不斷發展和進步，他的研究團隊一步步勾勒出了大腦認知顏色空間形成的神經機制。

我們的視網膜上有三種視錐細胞，分別檢測短波、中波和長波段的可見光。當一束光射入眼睛時，這三種視錐細胞會分別根據自身波段檢測特點，向大腦發出不同的信號——長波標記為紅色，中波標記為綠色，短波則標為藍色。

「這有點類似衛星導航定位，人們可以根據來自三顆衛星的不同信號，得出自己所處的位置坐標。」王偉解釋道，大腦接收到針對同一束光經過三路不同視錐細胞的信號輸入時，就能合成還原出來自外界的光波信號，並賦予相應的顏色標籤。

不過，在大腦中這三路視覺信號的「調色」過程，還需要通過不同級別的視覺皮層逐步完成。目前，在靈長類視覺大腦腹側通路中，初級視覺皮層（V1），途徑紋外皮層(V2和V4)，到顳側皮層（IT）的各個視覺腦區，都發現了編碼色彩的神經元。色彩在不同等級的視覺腦區中是如何進行加工處理的？尤其在心理主觀層面上的顏色認知空間又是如何形成的？

為探索這個複雜的腦科學問題，王偉與唐世明教授實驗室合作，將雙光子成像等先進技術，用在了該課題的研究上。研究發現，在V1、V2和V4三個連續視覺腦區中，都存在著眾多大小不一離散分布的顏色反應斑點區，編碼不同光波波段的神經元就聚焦這些斑點區內，從而形成了由相鄰色調拼接構成的「色調圖」。這些「色調圖」猶如許許多多大小不等的彩虹，散布在各個視覺大腦表面上。

從神經計算的角度分析，大腦似乎在逐步整合來自視網膜的相互拮抗的視錐神經信號的輸入。「其實，色調信息的處理，除了上面提到的腦區外，還有更高級腦區的參與，由此產生各種神經元反應，並組成了一個複雜的神經計算網絡。」論文第一作者、王偉研究組博士生劉曄介紹，大腦中的顏色標籤非常豐富，我們才得以感受到外界千變萬化的光影交錯，並在不斷升級的大腦信息處理中，將更多主觀感受與外在世界融合在一起。

作者：許琦敏圖片：中科院腦智中心提供責任編輯：任荃

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