我们是如何感知颜色的?视觉神经科学家告诉你

酷炫脑 2022-11-25 20:00


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作者 | Nicola Jones
翻译 | Caroline
审校 | 酷炫脑
朗读 | 胡恩
美工 | Jenny
编辑 | YJ

我们的性别、年龄,甚至是我们虹膜的颜色,也会对我们对颜色的感知起作用。我们的感知可以根据我们居住的地方、出生的时间以及现在是什么季节而改变。


树,天空,和落日分别是什么颜色?乍一看,这个问题的答案似乎很简单。但事实证明,人们看待世界的方式有很多不同之处—无论是不同的个体还是不同文化之间都是如此。


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从眼睛的生物学特性到大脑如何处理这些信息,再到我们的语言中用来谈论颜色类别的词汇,这些因素都在影响着我们对颜色的感知。例如,大多数人的眼睛中存在三种类型的光受体,它们负责检测不同波长或颜色的光。


但有时,基因变异会导致一种类型的锥体不同,或完全不存在,从而引发一个人出现色觉改变——有些人可能因此变成了色盲,也有人可能因此拥有了色彩超能力。


我们的性别、年龄,甚至是我们虹膜的颜色,也会对我们对颜色的感知起作用。我们的感知可以根据我们居住的地方、出生的时间以及现在是什么季节而改变。


为了进一步了解色彩视觉的个体差异,Knowable Magazine 采访了英国苏塞克斯大学的视觉神经科学家珍妮·博斯滕(Jenny Bosten)。


以下是采访内容的节选。


问:彩虹里有多少种颜色?

答:从物理上讲,彩虹是一个连续的光谱。光的波长在可见范围内的两端之间平滑变化。没有线条,没有尖锐的不连续。在这个范围内,人眼能分辨的颜色远远超过七种。


但在我们的文化中,我们会说我们在彩虹中看到七个颜色类别:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。这更像是历史和文化赋予我们的回答。

问:你也是这样教你自己的孩子如何分辨颜色的吗?

答:我没有教他们任何关于颜色的知识,因为我更好奇他们对颜色的自然想法。比如说,我女儿大概在5岁的时候说过:"我们要去蓝色的建筑吗?" 对我来说,那栋建筑实际上是白色的,但它的外墙会反射旁边蓝色的光。


我也常常听人说,孩子们一开始会说天空是白色的,后来他们学会了将其视为蓝色。我对在我孩子身上观察到所有这些潜在的东西都感到很新奇。

问:世界上大多数人对主要的、基本的颜色,如红黄蓝三原色,总体上是一致的。不是吗?

答:目前我们仍然在研究不同文化的颜色分类,我们的确发现了一些共同点,这意味着人们学习颜色分类的方式可能存在一些生物学上的限制。但并不是每种文化都有相同数量的类别。因此,也有人提出,颜色类别来源于文化,是文化让颜色经历了一种进化。一种语言最初可能只对颜色进行两到三种区分,然后随着时间的推移,这些类别会逐渐复杂起来。


在一些语言中,例如古威尔士语,蓝色和绿色之间没有任何区别--它们都属于一种 "模糊"类别。在其他语言中,对蓝色的两个基本颜色术语进行了区分。


在俄语中,深蓝是siniy,浅蓝是goluboy。做这种区分的人实际上对颜色的感知是不同的吗?还是说这只是一种语言上的差异?我认为在这个问题上还没有定论。

问:2015年,一张关于一条裙子的颜色是白金色还是蓝黑色的图片,在网上有一场爆炸性的辩论。为什么人们对它的看法会如此不同?

答:科学家们对那张特殊的图片也非常感兴趣。而且有很多关于它的研究:甚至有一本杂志的特刊专门讨论这件衣服。人们达成的一个共识是,你看到这件衣服的方式在很大程度上取决于你假设它处于什么灯光中。


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因此,把它看成蓝色和黑色的人认为裙子被淡黄色的灯光照得很亮。而把它看成白色和金色的人,则认为它被偏蓝的、更阴暗的光线照得更暗淡。归根结底,是大脑在做判断,判断衣服上有什么样的光照。


但问题是,为什么有些人认为那是由明亮的黄色照亮的,而有些人认为是由较暗的蓝色照亮的?这可能是你自己对不同照明条件的经验,以及你更熟悉哪些照明条件--例如,你是否习惯于蓝色的LED灯或温暖的阳光。但它也可能受到其他因素的影响,例如,随着年龄的增长,你的眼睛会发生变化。

问:人们看到的颜色不同的一个最明显的原因是他们的锥体可能不同:可能有遗传变异,影响了他们眼睛中光探测器的生物学特性。这样的变异有多少种?

答:有很多很多的组合。有三种锥体类型。我们更了解其中两种类型的变异:负责检测长波的L锥体和中波的M锥体。


每种类型都有一个光敏蛋白,这是接受到光时会改变形状的分子,它决定了细胞对波长的敏感性。编码每个基因需要七个位点,可以存在不同的DNA字母。这七个变体的不同组合总数是很大的。

问:我们生活中最常见的红绿色的色盲,是什么原因造成的?

答:红绿色盲源自L型或M型锥体的异常。红绿色色盲的严重形式叫做二色觉者,在那种情况下,人们往往会缺少L锥体或M锥体,或者存在这两种锥体却没有功能。


红绿色盲也被称为道尔顿症,以1790年代英国化学家约翰·道尔顿的名字命名。对他来说,他的色觉与大多数人不同,这一点并不十分明显。但他注意到,在一些情况下,他对颜色的描述与他周围的人不同,但与他的兄弟一样。他认为这与眼睛中的一个额外的过滤器有关。但许多年后,其他人能够对他的DNA进行排序,发现他实际上是一个二色觉者。


轻度异常色觉者,也被叫做异常三色觉者,仍然有两种不同的锥体类型,但它们对光谱上红色和绿色区域的颜色分辨能力较差,当红绿区波长有较大变化时,才能区别出色调的变化。因此,红色和绿色之间的感知差异范围将被缩小。

问:对于那些情况比较严重的人来说,世界是什么样子的呢?

答:对于二色觉者来说,他们基本上缺失了整个色觉轴,那么他们的色觉就是一维的。就其外观而言,很难说,因为我们不知道主观上该维度的两极是什么。保留下来的是正常色彩空间中紫罗兰和青柠绿之间的轴线。所以这通常是它被描绘的方式。但实际上,它可能是任何两种被感知的色调。


曾经有一些案例,人们只有一只眼睛是二色觉的。然后你可以要求他们将他们从二色觉眼睛看到的颜色与正常的三色觉眼睛看到的颜色相匹配。在这些情况下,有时他们从二色觉眼睛看到的颜色比我们预期的要多。


但我们不知道这是否是普通双色觉者患者的典型情况,因为他们没有三色觉的眼睛来帮助他们的大脑接线。


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问:这些与常人不同的变化是否总是使世界在颜色方面不那么丰富?还是说有些基因变异实际上可以增强色彩感知能力?

答:反常的三色觉者是一个有趣的案例。在大多数情况下,颜色辨别力会降低。但在特殊情况下,由于他们的锥体对不同的波长敏感,他们实际上可以分辨出某些正常三色觉者所不能分辨的颜色。这是一种被称为观察者偏光的现象。


然后是四色觉,即一个有两条X染色体的人同时携带改变的锥体和普通锥体的指令,使他们有四种锥体。我们知道,这种情况肯定会发生。但我们不确定的是,他们是否能利用额外的锥体类型来获得额外的色觉维度,并看到正常三色觉者看不到或无法辨别的颜色。


目前该领域最有力的证据来自一项测试,观察者必须使红绿光的混合物与黄色相匹配;有些人找不到任何能与黄色相匹配的混合物。他们实际上需要三种颜色混合在一起才能匹配,而不是两种。


对他们来说,就好像有四种原色,而不是通常的三种颜色。但很难证明这一切是如何发生的,为什么会发生,或者他们到底看到了什么。

问:这些人知道他们在色彩上与众不同吗?

答:我们招募的女性并不知道她们的色觉状况。实际上,50%以上的女性有四种锥体类型。但是,通常其中的两个锥体只有微小差异,所以这可能不足以产生四色视觉。

问:除了基因之外,是否还有其他影响色觉的生物差异?

答:晶状体是影响色觉的差异之一。它会随着年龄的增长而变黄,尤其是在人步入40岁以后,这会减少到达视网膜的蓝光数量。还有黄斑色素,它也吸收短的蓝色波长的光。不同的人有不同的厚度,这取决于他们的饮食。


你吃的叶黄素和玉米黄素越多,色素就越厚。虹膜的颜色也与颜色辨别力有小的关联,它可能是决定你对颜色的非常精确体验的一个因素。蓝眼睛的人在颜色辨别测试中似乎比棕色眼睛的人做得略好。

问:我们的颜色感知是否也受到我们周围世界的影响?换句话说,如果我在绿色的丛林中长大,或者在黄色的沙漠中长大,我会不会开始在彩虹的这些区域中分辨出更多的颜色?

答:确实可以,这也是目前色彩科学中相当热门的研究课题。例如,绿色和蓝色是否有一个单独的词,似乎部分取决于一个文化是否接近湖泊或海洋。


对黄色的感知也有季节性的影响。在约克有一项研究,那里的冬天相当灰暗,夏天则处处是美好的绿色。研究人员发现,人们感知到的纯黄色的波长随着季节的变化而变化—即便波长的变化只是一个很小的量,但仍然是一个可衡量的量。


还有科学家观察到人们出生的季节也有影响,特别是如果你出生在北极圈。这可能与你在视觉发育过程中接触到的光的颜色有关。


虽然环境的影响可以以两种相反的方式影响感知。不同的环境会造成感知上的个体差异,但共同的环境也可以抵消生物差异,使人们的感知更加相似。

问:这让我想到了那个哲学难题:当我看到蓝色时,它和你看到的蓝色一样吗?

答:我一直认为颜色是非常迷人的东西,尤其是颜色的主观体验。大脑如何产生对颜色的判断,这仍然是一个完全的谜。


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参考文献(点击滑动查看)

1.Toren, I., Aberg, K.C. & Paz, R. Prediction errors bidirectionally bias time perception. Nat Neurosci 23, 1198–1202 (2020). https://doi.org/10.1038/s41593-020-0698-3


2.Soares, S., Atallah, B. V., & Paton, J. J. (2016). Midbrain dopamine neurons control judgment of time. Science, 354(6317), 1273-1277.


3.Mikhael, J. G., & Gershman, S. J. (2019). Adapting the flow of time with dopamine. Journal of neurophysiology, 121(5), 1748-1760.


4.Hayashi, M. J., & Ivry, R. B. (2020). Duration Selectivity in Right Parietal Cortex Reflects the Subjective Experience of Time. Journal of Neuroscience, 40(40), 7749-7758.




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