四色视者到底有多“牛” 可分辨出1亿种色调

来源: 科技日报  作者: 佚名
四色视者到底有多“牛” 可分辨出1亿种色调

[导读]但是如果人类拥有4种视锥细胞呢?那么这个人就能看见1亿种颜色,这些颜色是普通人想都没有想过的。这种人就被称为“四色视者”。

人类通常有3种视锥细胞,每一个细胞都可以区别同一种颜色的约100种色调。因此正常人能看见约100万种不同的颜色。

但是如果人类拥有4种视锥细胞呢?那么这个人就能看见1亿种颜色,这些颜色是普通人想都没有想过的。这种人就被称为“四色视者”。

大部分人看到一朵金凤花,只能说出花是黄色的。但据说有人能在花瓣的边沿看到许多其他的颜色,这样的人被称为四色视者,能比普通人多看到将近100倍的色彩,然而这样的人在现实生活中真的存在吗?近日,有媒体报道,英国的神经系统科学家声称,他们花费25年终于找到了传说中的四色视者——也就是那些视网膜中有额外视锥细胞的人。他们预测,他们寻找到的这位女性四色视者能看到比一般人多近9900万种颜色,并认为这样的人可能还不少。

人类是如何分辨出色彩的?

“人类的视网膜上存在两种感光细胞:视杆细胞和视锥细胞。视杆细胞会在暗光情况下发挥作用,没有色彩识别功能,因此人们在昏暗的时候可以看到物体,但是无法分辨颜色。而在亮光环境下,发挥作用的是视锥细胞。我们之所以能看到色彩,就归功于视锥细胞,它们能够吸收不同长度的光波,然后将信息发射给大脑,经过大脑的处理就产生我们所说的色感。”北京同仁医院验光配镜中心视光医师游玉霞说。

她告诉科技日报记者,有几种视锥细胞,就被称为几色视。比如,正常情况下,人类的视网膜上存在能分别感应红、绿、蓝的3种视锥细胞,就是所谓的三色视。红、绿、蓝也被称为三原色,可以组合出万紫千红。据研究,每种类型的视锥细胞可以让人眼分辨约100级色调,因此,具有三色视的普通人理论上可以分辨出100万种色调。

“但是当三种视锥细胞的部分或全部发生问题时,就会出现色觉障碍。”游玉霞说,色觉障碍,可以分为完全色盲和不完全色盲。

完全色盲的人感色功能全部丧失,只能区分黑、白、灰3色;不完全色盲的人可以识别一些颜色,只是对某些颜色无法识别,最为常见的就是红绿色盲。

 辨色“超人”被找到了?

既然有色盲,那么会不会有的人可以拥有4种视锥细胞呢?1948年,一位荷兰科学家首次提出这个说法。他在检查色盲患者时发现,男性拥有两种正常的视锥细胞和一种变异的,女性有3种正常的和一种变异的。就算这种变异的细胞没什么用,也说明人类是可以拥有超过3种视锥细胞的。

此后,直到20世纪80年代末期,科学界对四色视者的研究热潮才渐渐兴起。剑桥大学的教授约翰·莫伦曾寻找过拥有4种均起作用的视锥细胞的女性。他预测,大约有12%的女性人口应该是四色视者。然而,他并未找到拥有4种功能齐全的视锥细胞的四色视者。

如今纽斯卡尔大学神经学家加布里埃尔·乔丹与同事已经找到了四色视者。他们找来25位拥有第四种视锥细胞的女性,将她们带到暗室。通过光设备,给她们看3种颜色不停闪烁的光圈。在普通人看来,这些光圈的颜色并没有什么区别,但是对四色视者就不一样了,一名代号为cDa29的女子在每次试验中都能辨别出光圈的颜色。这名女子就是所谓的四色视者。

  四色视者到底有多“牛”?

游玉霞表示,看报道确实说有些人除了有红、绿、蓝3种视锥细胞外,还拥有额外的橙色感知视锥细胞。按照一个类型的视锥细胞可以让人眼分辨约100级色调计算,那么拥有4种视锥细胞理论上来说可以分辨出1亿种色调。

从光谱上看,红色和绿色的光谱峰值很接近,但是人类对从红色到绿色这段光谱(535—600纳米)间波长的变化特别敏感,所以可以准确地分辨出这个波段的红、黄、绿等颜色。由于人类本身在从红色到绿色这段光谱内分辨色彩的能力就很强,而橙色又位于红色光谱和绿色光谱中间,因此四色视者可能只是更加加强了这个区域内的色彩辨别能力,对于现实生活,似乎并没有多大帮助。“毕竟现实生活中,真正需要区分的颜色可能也就几十种或上百种,拥有更强悍的颜色细分能力,似乎也没有特别大的作用。”游玉霞说。

 强大辨色能力源于基因变异?

  那么四色视者如此强大的色彩辨别能力是怎样形成的呢?

游玉霞认为,这应该是基因突变的结果。她解释说,在最开始阶段,爬行动物是拥有4种视锥细胞的,当进化出哺乳动物的时候,为了躲避当时统治地球的恐龙的捕食,哺乳动物只能昼伏夜出。在黑暗环境下,看到物体的能力显然要比分辨色彩的能力更重要。因此,在进化过程中,暗视力更好的哺乳动物就生存下来。而这些暗视力好的动物,其实就发生了基因突变,舍弃了两种视锥细胞,只剩下另外两种视锥细胞,却拥有了更发达的视杆细胞。比如猫、狗其实都是二色视,与红绿色盲类似。

当恐龙灭亡后,人类的祖先灵长目哺乳动物某次的基因突变,出现了第三种视锥细胞,也就是变成了三色视。这种变异可能有很多种,只是其中的某一种可能最适合当时采摘果实这样的一种生存环境,通过分辨出红、黄、绿才能更好地判断果实是否成熟可以食用,这种更利于生存的基因优势因此就被保存了下来。

“其实,除了哺乳动物大多是二色视,现在的脊椎动物基本都是四色视,比如鸟类。”游玉霞说,“鸟类拥有能感应黄、青、蓝、紫的4种视锥细胞,由于能看到紫外线,因此它们眼中的世界就和人类差别很大。”

 为何四色视者藏得这么深?

照理说四色视者应该挺多的,可是为什么直到现在科学家们才找出来一个呢?

这可能是因为科学家们只在英国做了调研。但更重要的是,像乔丹说的那样,“我们现在确信有四色视者的存在了。但是我们还是没搞懂是什么原因使人拥有健全的四色视觉细胞,因为很多有这4种细胞的人并没表现出这种四色视觉能力。”那些真正的四色视者可能压根就不知道自己有这样的“特异功能”。

虽然华盛顿大学视觉研究员杰伊·奈茨没有参与这项研究,但他也认为,四色视者只是由于在平时生活中没有能够用到这项技能的地方,她们的潜能才没能被激活。他说:“我们看到的大多数有颜色的东西都是为三色视者定制的。可能我们的世界就是为三色视者建造的。”

关于cDa29的研究尚未被同行评议或发表,而乔丹还会继续她的研究并寻找更多的四色视者。她的研究结果仍需要进一步验证,如果四色视者真的存在,就能够帮助我们理解更多的视觉原理。

但是,有件事我们可能永远无法理解,那就是在四色视者眼里世界到底是什么样的。

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  为啥男性色觉障碍多过女性?

如果人的某种视锥细胞完全缺失或是不能充分发挥其机能的话,人就会患上先天性色觉障碍。几乎所有先天性色觉障碍的原因都在于红色或绿色视锥细胞的异常,而因蓝色视锥细胞而导致的先天性色觉障碍病例则十分罕见。

一般来说,男性中约有8%患有先天性色觉障碍,而女性只有0.5%。红绿色盲是典型的X连锁隐性遗传,男性患病率远高于女性。研究表明,我国汉族男性患病率约为5%,女性为0.7%。造成此差距的原因在于红色视锥细胞与绿色视锥细胞所在的X染色体是与性别相关的性染色体,男性只有一条,而女性则有两条。

责任编辑:马玉萍