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大脑|中国科学家解开大脑“调色板”之谜:所有颜色都是大脑“想”出来的



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_本文原题:中国科学家解开大脑“调色板”之谜:所有颜色都是大脑“想”出来的
大脑|中国科学家解开大脑“调色板”之谜:所有颜色都是大脑“想”出来的
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红花绿叶、蓝天白云 , 这些色彩是物体本身具有的 , 还是来自人的感知?最近 , 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心王伟研究组和北京大学唐世明研究组合作 , 详细描绘出了大脑中的“调色板”是如何给眼睛看到的世界“染”上各种颜色的 。 昨天(26日)深夜 , 国际著名学术期刊《神经元》在线发表了相关论文 。
早在18世纪 , 英国科学家牛顿就意识到 , 光波其实是一种波长在特定范围内的电磁波 , 它并不具有颜色 。 我们之所以能识别出数千种不同的色调 , 其实是大脑为视网膜感知到的可见光信息所设定的识别标签 。
当我们使用画图软件时 , 会有不同的调色工具从不同维度来调节颜色:最基本的是通过红黄蓝三原色的不同配比 , 精准调配出我们所需要的颜色;此外还有颜色的饱和度、亮度的调节等 。 那么 , 大脑中是否也有这样一个“调色板”呢?
早在十年前 , 王伟研究员团队就开始探索这个问题 。 “大小鼠和猫科动物都感知不到色彩 , 所看到的只是一个灰度世界 。 ”他说 , 灵长类动物、部分鱼类等动物才具有分辨色彩的视觉 , 因此实验难度非常大 。 随着研究技术的不断发展和进步 , 他的研究团队一步步勾勒出了大脑认知颜色空间形成的神经机制 。
大脑|中国科学家解开大脑“调色板”之谜:所有颜色都是大脑“想”出来的
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【大脑|中国科学家解开大脑“调色板”之谜:所有颜色都是大脑“想”出来的】

我们的视网膜上有三种视锥细胞 , 分别检测短波、中波和长波段的可见光 。 当一束光射入眼睛时 , 这三种视锥细胞会分别根据自身波段检测特点 , 向大脑发出不同的信号——长波标记为红色 , 中波标记为绿色 , 短波则标为蓝色 。
“这有点类似卫星导航定位 , 人们可以根据来自三颗卫星的不同信号 , 得出自己所处的位置坐标 。 ”王伟解释道 , 大脑接收到针对同一束光经过三路不同视锥细胞的信号输入时 , 就能合成还原出来自外界的光波信号 , 并赋予相应的颜色标签 。
不过 , 在大脑中这三路视觉信号的“调色”过程 , 还需要通过不同级别的视觉皮层逐步完成 。 目前 , 在灵长类视觉大脑腹侧通路中 , 初级视觉皮层(V1) , 途径纹外皮层(V2和V4) , 到颞侧皮层(IT)的各个视觉脑区 , 都发现了编码色彩的神经元 。 色彩在不同等级的视觉脑区中是如何进行加工处理的?尤其在心理主观层面上的颜色认知空间又是如何形成的?
为探索这个复杂的脑科学问题 , 王伟与唐世明教授实验室合作 , 将双光子成像等先进技术 , 用在了该课题的研究上 。 研究发现 , 在V1、V2和V4三个连续视觉脑区中 , 都存在着众多大小不一离散分布的颜色反应斑点区 , 编码不同光波波段的神经元就聚焦这些斑点区内 , 从而形成了由相邻色调拼接构成的“色调图” 。 这些“色调图”犹如许许多多大小不等的彩虹 , 散布在各个视觉大脑表面上 。
从神经计算的角度分析 , 大脑似乎在逐步整合来自视网膜的相互拮抗的视锥神经信号的输入 。 “其实 , 色调信息的处理 , 除了上面提到的脑区外 , 还有更高级脑区的参与 , 由此产生各种神经元反应 , 并组成了一个复杂的神经计算网络 。 ”论文第一作者、王伟研究组博士生刘晔介绍 , 大脑中的颜色标签非常丰富 , 我们才得以感受到外界千变万化的光影交错 , 并在不断升级的大脑信息处理中 , 将更多主观感受与外在世界融合在一起 。
作者:许琦敏
图片:中科院脑智中心提供
大脑|中国科学家解开大脑“调色板”之谜:所有颜色都是大脑“想”出来的


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