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这五个人看到了人类从未看到过的颜色

类别:科技 发布时间:2025-05-21 16:50:00 来源:浅语科技

我们通过视网膜上的三种视锥细胞分辨不同的颜色,他们的名字分别是 L、M 和 S。它们分别对长波长(红)、中波长(绿)和短波长(蓝)的光最敏感。

工程师也正是利用了这一点,用红色、绿色和蓝色(RGB)制作出了显示屏,牢牢锁住了所有人的视线。

色彩骗局

实际上,色彩只是大脑对真实世界的一种近似。在客观物理世界中,存在的是波长,而不是颜色。

自然光在各个波长上的强度都不一致,但三种视锥细胞只能将丰富的光谱信息浓缩成区区三个分量。人眼的这种近似方式虽然从实用效果上来说还不错,但要深究精度,那就只能算得上凑合了。

一个最直观的例子就是同色异谱现象,在人眼看来是同一种颜色的物体,光谱特征可能完全不同。

比如下方这幅图中有两个黄色球体,左侧一列第一行是球体在真实世界中的样子,第二行则是它的光谱,是单纯的黄色光。

而右侧第一行是这个黄色球体在显示器上的样子,显示器的 RGB 像素并没有黄色,显示器调配红绿蓝三原色的比例,来满足人眼对“黄色”的想象(第二行)。

所以,就算左右两个球体在人眼看来(第四行)是一样的,但实际上它们的光谱成分可能完全不同(第二行)。

而且,不同动物的视锥细胞对波长的敏感度不尽相同,在你看来能色彩准确的显示器,在你的猫猫狗狗看来,可能偏色非常严重。

这五个人看到了人类从未看到过的颜色

图片来源:cmglee, Vanessaezekowitz/Wikipedia

并且,人眼对色彩的感知还有一个 bug:三种视锥细胞感知的波长范围是有重合的。

上图第三行就是 L、M、S 三种视锥细胞对波长的敏感度,可以发现在M视锥细胞被激活时,S 或 L 视锥细胞至少有一种会被激活。

在自然世界中,理论上没人看到过 M 视锥细胞单独被激活过的样子,那可能是一种全新的颜色。

但最近一篇发表在《科学·进展》(Science Advances)的论文则表示,科学家成功单独激活了M视锥细胞,受试者表示,这是一种他们从没见到过的全新颜色。

全新的颜色

为了实现只激活 M 视锥细胞的目的,研究团队采用了最简单粗暴的方式——让光线只照到 M 视锥细胞上就好了。

此前,也有类似的只激活几个 M 视锥细胞的实验,但这些实验激活的 M 视锥细胞都太少,不足以让人察觉到颜色。若想让人眼看到 M 视锥细胞被单独激活的样子,必须在足够大的范围内照亮足够多的 M 视锥细胞才行。

为了实现这一点,研究团队先标记了每位被试视网膜细胞的位置和类型。

在实验过程中,研究团队用红外相机追踪定位视网膜的位置,精度可以达到单个细胞的量级。然后,他们将激光精准投递到视网膜的 M 视锥细胞上。

不论在追踪精度还是速度上,这都是一项艰巨的任务。

研究团队追踪了 1000~2000 个视锥细胞,并每秒向这些视锥细胞发射 10? 束激光束。这些视锥细胞分布在 0.9° 的视野范围内。

此外,为了降低实验追踪的难度,研究团队选择了偏离人眼视觉中心 4° 的视锥细胞,避开了人眼视觉中心视锥细胞最密集的区域。

研究团队分别用 488 纳米和 543 纳米波长的激光照射了 5 名受试者的视网膜。488 纳米波长的光可以同时激活 L、M 和 S 三种视锥细胞,而 543 纳米波长的光则更接近 L 和 M 视锥细胞的敏感峰值,S 视锥细胞对其只有微弱的反应。

结果研究团队发现,当他们用 543 纳米波长的光只照射受试者的 M 视锥细胞时,受试者看到了一种从来没见过的颜色。

据研究团队成员兼被试介绍,这种颜色类似孔雀蓝或蓝绿色,但饱和度非常高,研究者将这种颜色称为 olo。

olo 颜色似乎比正常视力下可以看到的最鲜艳蓝绿色还要强烈,只有不断添加白光来“稀释”olo 颜色后,才能与最接近的自然可见颜色相匹配。

这五个人看到了人类从未看到过的颜色

olo 色(图中绿点)已经超出自然色彩的饱和度范围(下方彩色区域),三个图分别为 3 名受试者的色彩感受。图片来源:原论文

色彩新骗局

但这还不是这 5 名受试者看到的全部,研究团队还利用这套实验系统制造了一种新的色彩骗局——只用单一波长的光,让受试者感受到不同的颜色。

研究团队的装置可以追踪三种不同的视锥细胞,并且精准控制投向 L、M 和 S 视锥细胞激光的强度。这样,他们就能用单一波长的激光显示出多种颜色。

实验团队本质上是在用激光——人类能制造的最单色的单色光——来实现彩色的显示效果。

略微思考一下这种技术的魔幻程度也许不亚于五彩斑斓的黑。但实验团队确实做到了,543 纳米的激光在人眼看来通常是绿色,研究团队却能通过控制 L、M 和 S 视锥细胞的激发强度,用这种激光让人感知出从橙色到黄色,再到绿色、蓝绿色,乃至 olo 色的颜色。

这五个人看到了人类从未看到过的颜色

543 纳米的激光大概长这样。图片来源:wikipedia

研究团队将这种追着视锥细胞打光的色彩显示方式称为 Oz 色彩(Oz colors),并将他们制造的原型机称为 Oz 原型机(Oz prototype)。

研究人员并不仅仅是为了拓展人类色彩认知的边界才研究 Oz 色彩,他们表示,Oz 色彩或许能改善色盲人士对颜色的感知能力。

色盲患者通常只有两种视锥细胞正常工作,研究团队正在尝试利用类似的“色彩新骗术”,通过激光系统控制特定细胞的光信号,人为地创造出第三种视锥细胞类型,从而帮助色盲患者感知到更丰富的色彩。

参考资料

[1]https://www.nature.com/articles/d41586-025-01252-3

[2]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu1052

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Metamerism_(color)

策划制作

来源丨环球科学(ID:huanqiukexue)

作者丨王昱

责编丨王梦如

审校丨徐来、林林

责任编辑:落木

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