我們的「色覺」細胞原來大多只能看到黑或白！

人類的眼睛中具有很多種細胞，每種細胞負責搜集不同的信息。幾十年來，科學家們已經知道，位於眼後部視網膜中的一些細胞（視錐細胞）可以檢測到顏色。

脊椎動物的眼睛結構。圖片來源：Wikipedia

一項新研究表明，人們看到顏色的方式或許有點類似於給黑白畫中塗色。

這項發現意味著人類的色覺細胞工作原理可能與以往的認知完全不同。圖片來源：shironosov / istockphoto

只能感知白光的視錐細胞

視錐細胞可以感知紅色、綠色或者藍色的光。但是研究者驚訝的發現，一些視錐細胞只能感知白色的光。

來自西雅圖華盛頓大學的視覺研究院薩貝桑與加州大學伯克利分校的同事在「科學進展」雜誌上報告了他們這項意外的發現。該團隊在實驗中使用了一台功能強大的顯微鏡來研究兩名男子的眼睛，並在視網膜上創建了一個包含約1000個視錐細胞的圖譜。

這幅圖譜顯示了紅色、綠色和藍色視錐細胞的位置。科學家們將微小的激光點照射到單個紅色或綠色視錐細胞上，並詢問被試者看到了什麼顏色。

研究者們使用精確定位的激光（圖中綠色的光柱）刺激人類視網膜（圖中灰色的背景）中單個視錐細胞（黃色圓圈放大圖中紅色、綠色和藍色的點）。圖片來源：R. Sabesan，Brian Schmidt，William Tuten，Austin Roorda

科學家們通過研究發現，所謂的紅色和綠色視錐細胞其實各自都具有兩種類型：一種類型透射白光，另一種類型感知對應的顏色。讓人驚訝的是，有相當多的視錐細胞在受到刺激後，被試者報告看到了白光，而不是紅光或者綠光。

在進行測試的167個紅色視錐細胞中，有119個細胞在受到刺激後被報告看到了白光，僅有48個視錐細胞被報告看到了紅光。在測試的98個綠色視錐細胞中，有77個細胞被報告看到了白光，僅有21個被報告看到了綠光。由於視網膜上的藍色視錐細胞很稀少，研究人員並沒有測試這種類型的細胞。

研究人員表示，儘管這些視錐細胞具有看到顏色的能力，但是它們似乎很少能夠真正檢測到顏色，這似乎是一種很低效的工作方式。

科學家解釋，人眼通過這些大量的檢測白光（在缺乏白色光時，細胞可以檢測到「黑色」）的細胞，可以創建一張周圍環境輪廓分明的黑白照片，它們提供了清晰的視覺細節邊緣；而紅色和綠色信號細胞則以模糊的色塊的形式進行填充。這個過程很像給圖畫書或者黑白電影上色。

這個過程很像給圖畫書或者黑白電影上色。圖片來源： shironosov / istockphoto

由於進行這項研究非常困難，有研究者將這項研究類比成第一批登上月球的人，並稱之為「一項超級技術成就」。

如何進行這項研究？

為了獲得清晰的視網膜圖譜，研究人員借鑒了天文學家用於太空製圖的技術。由於人眼一直不斷的搖擺，研究人員還必須清楚眼球的運動模式，這樣他們才能準確預測每個視錐細胞在激光束髮出光刺激後瞬間所處的位置。他們花費了兩年時間，共計在志願者的眼睛上刺激了273個獨立的視錐細胞。

視錐細胞結構。圖片編譯來源：Wikipedia

研究結果表明，人類視網膜所做的事情比科學家們原想的要多得多。人們過去認為視錐細胞只能讀取紅色、綠色或藍色光，而大腦負責辛苦地將這些信號組成這個世界的全彩視圖（包括黑白）。而事實正相反，視網膜將黑白和彩色數據發送給大腦，讓大腦的工作變得更輕鬆。

現在，研究人員正在試圖研究視錐細胞是如何知道應該發出彩色還是白色信號。「不同類型的視覺細胞在視網膜中的排列方式」似乎是實現這個功能的關鍵之處。例如，當紅色視錐細胞被綠色視錐細胞包圍時，紅色視錐細胞更傾向於發出白色信號。

這些發現對於色盲患者來說，可能是一個好消息。如果能將正確的視錐細胞添加到視網膜上，人類的大腦應該可以輕鬆地為黑白圖片填充一種或更多的顏色。

參考資料：R. Sabesan et al. The elementary representation of spatial and color vision in the human retina. Science Advances.

原文來源：sciencenewsforstudents.org

編輯：栗子先生

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