彩虹，可能要“升級”了。一種全新的高科技呈色方法，讓五位實驗參與者看到了人類標準視覺范圍之外的顏色。這項研究于4月18日發(fā)表在《科學進展》期刊上，其作為一種“概念驗證”，展示了該技術有望幫助神經(jīng)科學家探索此前難以解答的視覺感知問題。未來，它甚至可能幫助色盲患者感受完整的顏色光譜，還能讓普通視力的人識別出數(shù)百、數(shù)千甚至數(shù)百萬種原本無法分辨的色調(diào)。

“這是一項技術上的壯舉?！比A盛頓大學眼科系的神經(jīng)科學家、教授杰伊·內(nèi)茨（Jay Neitz，未參與這項研究）表示，“他們所做到的幾乎像科幻小說一樣，太驚人了——這項技術真是不可思議?！?/p>

這項新方法和原型設備被稱為“Oz Vision System”（奧茲視覺系統(tǒng)），名字明顯是致敬《綠野仙蹤》這部電影【電影里有一首經(jīng)典歌曲叫做《彩虹彼端》（Over the Rainbow）】。而這種新顏色被命名為“olo”，其名字來源于它在理論色彩空間中的坐標值：[0,1,0]。

什么是色彩空間？

色彩空間是用來描述和繪制人類可見色彩的標準方式，它基于“三色視理論”——即大多數(shù)人擁有三種視錐細胞。我們眼睛中的感光細胞分別對短波長、中波長和長波長的光敏感，對應藍色、綠色和紅色。正是通過這三種錐狀細胞的組合，大多數(shù)人可以分辨大約一百萬種可見光中的不同顏色。

但即使在可見光范圍內(nèi)，也存在一些顏色是三色視人類無法真正“看見”的。這是因為三種錐狀細胞對光的響應曲線存在重疊，特別是中波長的M型細胞（對綠色敏感），其響應區(qū)域與長波（L型）和短波（S型）細胞都有交叉。在自然條件下，沒有哪種波長的光能只單獨激活人類眼中的M型細胞。因此，每當你看到“綠色”時，其實總會摻雜一點別的顏色——比如來自L型細胞的黃色或S型細胞的藍色。

“Oz系統(tǒng)”打破了這一人類視覺的天然限制。它的研究協(xié)議允許科學家精準地刺激某一組特定的視錐細胞，比如單獨激活M型細胞。這樣一來，被試便能看到一種極其純粹、強烈的綠色（或藍綠色，不同人描述略有差異），這種顏色以往被歸類為“虛構(gòu)顏色”（imaginary color），因為在自然狀態(tài)下，人類眼睛無法感知它。

歡迎來到“Oz”

Oz系統(tǒng)的第一步是為每位被試繪制一張極其詳細的視網(wǎng)膜“地圖”，對其中的每一個感光細胞進行分類。這份“個性化地圖”隨后被用來指導一個對眼睛安全的激光器，發(fā)射極其精確的光束，做到一次只打在一個細胞上。為了實現(xiàn)這種精準度，電腦系統(tǒng)必須實時偵測并修正眼睛那種微小但不可避免的移動。單獨刺激一個錐狀細胞并不會產(chǎn)生可感知的顏色，因此Oz更進一步，讓激光以鋸齒形快速掃過預先選定的細胞區(qū)域，只有當激光經(jīng)過目標細胞時才會發(fā)光。在這項新研究中，目標細胞是被歸類為M型感光細胞的視錐細胞。

通常，人類感知顏色，是基于不同波長的光以一定比例和模式刺激我們的視錐細胞而產(chǎn)生的。但在Oz視覺系統(tǒng)中，由于可以精確刺激選定的細胞，哪怕只使用一種波長的光，也能讓人感受到無數(shù)種不同的顏色。

目前的Oz原型裝置包括傳感器陣列、激光光源、反射鏡和光子計數(shù)器，它集成了數(shù)十年積累下來的多項技術成果?！斑@是幾十年來所有這些技術發(fā)展的集大成者?！绷_切斯特大學眼科助理教授、神經(jīng)科學家莎拉·帕特森（Sara Patterson）評價說，她并未參與本項研究?！拔矣X得這真是太棒了?！?/p>

研究團隊用五位人類被試驗證了Oz系統(tǒng)的效果，并通過多種方式確認他們看到的確實是前所未有的新顏色?！斑@是一個控制得非常嚴謹?shù)膶嶒灐！迸撂厣a充說。他們在不同顏色的背景下呈現(xiàn)“olo”顏色，加入運動覆蓋圖層，并將其與一些位于人類正常色彩邊緣的顏色進行對比。在這類試驗中，研究人員要求被試使用旋鈕調(diào)整“olo”色塊，直到它看起來與真實顏色塊一致。所有情況下，被試都必須加入大量白光來‘稀釋’olo顏色，直到他們認為它和正常顏色方塊看起來一致為止?！?/p>

綠色新紀元

那么，“olo”顏色到底長什么樣？

“olo 看起來像是一種藍綠色，是我見過最飽和的藍綠色或青綠色。”加州大學伯克利分校的計算機科學家、視覺計算專家吳義仁（Ren Ng）表示。他不僅是這項研究的合著者之一，也親自作為被試體驗了“olo”?！斑@種顏色很容易命名，也非常清晰可感知”，但它的飽和度遠高于自然界中的任何顏色。他把看到“olo”的體驗比作第一次看到綠色激光筆的震撼感?！爱敃r我可能會說，‘哇，這是我見過最綠的綠色’”，但現(xiàn)在，olo 更勝一籌。

在進行Oz視覺實驗前，研究人員漢娜·多伊爾（Hannah Doyle）會先對掃描激光檢眼系統(tǒng)進行校準。

照片來源：Ren Ng

為了看到“olo”，被試必須保持極度靜止，眼睛精準對位——研究中甚至使用了咬合支架來固定頭部。被試要盯著一個空間中的固定點，同時激光在視野邊緣刺激一個方形區(qū)域。吳義仁表示，這種刺激讓“olo”以一個視覺斑塊的形式出現(xiàn)，面積大約是滿月在天空中視覺大小的兩倍。只要眨一下眼，系統(tǒng)就必須重新校正運動，因此“olo”每次只會出現(xiàn)幾秒，然后消失，再重新閃現(xiàn)。盡管這種體驗很短暫，Ren仍然激動地表示：“這太酷了，我簡直樂壞了！”

彩虹般的可能性

吳義仁對于未來更是充滿期待?！皁lo”的出現(xiàn)證明，精確地激活特定視錐細胞在技術上是可行的。既然這種方法已經(jīng)被驗證有效，接下來還有許多可以拓展的方向。

目前，研究團隊正探索Oz系統(tǒng)是否能幫助色盲人士——也就是功能上只有兩種錐狀細胞（稱為“功能性二色視”）的人——暫時擁有完整的人類色覺范圍。理論上，這可以通過“人為分類”一部分視錐細胞為他們所缺失的那一種類型，并用激光選擇性地、不與其他細胞同步地刺激它們來實現(xiàn)。吳義仁解釋說，到目前為止，這項研究進展順利。

這并不是人類第一次嘗試“修復”色盲。在2009年一項里程碑式的研究中，杰伊·內(nèi)茨（Jay Neitz）和其同事曾通過基因療法，在色盲猴子眼中引入第三種視錐細胞。結(jié)果令人鼓舞——猴子在測試中能夠區(qū)分它們原本看不出來的物體。

但猴子畢竟無法告訴我們它們的真實感受，因此科學家們也無法確定它們是否真正“看見”了原本無法識別的顏色?！拔覀兤鋵嵅⒉恢浪鼈兊降卓吹搅耸裁础！眱?nèi)茨說。相比之下，如果使用Oz系統(tǒng)讓人類色盲者獲得第三種視錐細胞刺激，人們就可以明確地描述他們是否真的感受到新顏色。“這其實是我多年前的一個夢想，”他說，“現(xiàn)在看起來真的有希望實現(xiàn)了?！?/p>

在更遠的未來，吳義仁和同事希望更進一步。他們設想，有朝一日可以利用Oz系統(tǒng)模擬“四色視者”（tetrachromats）的視覺體驗——這種能力存在于某些動物（如鳥類、魚類）以及極少數(shù)人類個體身上，他們擁有四種錐狀細胞，色彩辨別能力是普通人的100倍。然而，目前的技術還無法做到這一點。

雖然Oz系統(tǒng)的確是一項驚人的技術成就，但它也并非完美。西北大學的神經(jīng)科學家、助理教授格雷戈里·施瓦茨（Gregory Schwartz）指出，研究本身“非常精彩”，也“令人興奮”。但Oz系統(tǒng)仍存在一些局限，研究作者們也在論文中誠實地列出了這些問題。

Oz雖然是迄今為止人類最精準的視錐細胞刺激系統(tǒng)，但其準確率并非100%。有相當一部分激光光子沒有擊中目標細胞，而是“漏光”到了其他細胞——大約三分之二的光子被非目標細胞吸收。施瓦茨說：“他們在論文中對此非常誠實?！北M管有這些“漏光”，他仍然相信“olo”確實處在人類標準色彩空間之外，“但可能沒有他們原本設想的那么遠”。

施瓦茨還指出，另一項主要限制，是Oz原型設備的體積與可擴展性。我們距離將這種技術變成可穿戴的眼鏡或屏幕還很遙遠——這些設備不僅需要能夠精準追蹤眼球運動，還得實現(xiàn)完整的Oz色彩體驗。而且，要為每位被試繪制詳細的視網(wǎng)膜地圖，本身就是一項非常耗費資源的工程（這也是本次實驗被試人數(shù)如此之少的原因之一）。盡管如此，“超級色彩”的虛擬現(xiàn)實，如今比以往任何時候都更接近現(xiàn)實。

在色彩感知研究這個領域中，科學家們常常在一些基本問題上反復探討，使用的方法也大同小異，例如關于顏色視覺的神經(jīng)通路，或視網(wǎng)膜與大腦在色彩感知中各自的作用。但帕特森指出，Oz系統(tǒng)打開了一扇通往全新領域的大門。

她提到，光是這五位被試都對“olo”顏色的描述如此一致，而且他們都能明顯將它與人類正常色彩范圍內(nèi)的顏色區(qū)分開來，就已經(jīng)引發(fā)了不少有趣的問題：我們的視覺感知系統(tǒng)到底有多“可塑”？過去，神經(jīng)科學家們一直不確定，人類是否能理解一種從未見過的新顏色。而這項研究則進一步證明，在特定情境下，我們的大腦是有能力識別并理解這些陌生色彩的。

“有時候，當你把系統(tǒng)推向它平常運行范圍之外的極限，就像他們現(xiàn)在做的那樣，你就真的能學到全新的東西?！迸撂厣f，“我迫不及待想看到接下來的研究會是什么?！薄皇牵茈y想象未來將會有多“繽紛”了。

作者：LAUREN LEFFER

譯者：EY

封面：GPT 4o

原文：

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