作者段跃初

在我们熟悉的色彩世界里,红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫构成了绚丽多彩的光谱,人类凭借眼睛中的视锥细胞感知这些色彩,据估计,普通人眼能看到的颜色数量略低于1000万种 。然而,科学的探索永无止境,近期一项极具突破性的研究,将人类对色彩的认知带入了全新的领域——一种超出常规视觉范围的“不可能之色”被发现,截至目前,仅有五个人有幸目睹其真容。

我们的视网膜犹如色彩感知的“前哨站”,其中包含三种锥细胞,分别是S锥、M锥和L锥,这些光感受器承担着检测光波长的重任。S锥接收相对较短的波长,于是我们感知到蓝色;M锥对中等波长产生反应,使我们看到绿色;L锥则被长波长触发,让我们领略红色。这些红色、绿色和蓝色信号被传输到大脑,在那里经过复杂的处理与整合,最终形成我们所体验到的全彩色视觉。不过,这三种锥体类型处理的光范围存在重叠,正如加州大学伯克利分校的电气工程和计算机科学教授伦·吴所言:“世界上不存在只能激活M个锥体细胞的光,因为一旦M锥被激活,必然会带动另一种或两种类型的细胞也被激活。” 这种限制长久以来制约着人类对色彩的进一步探索。

为了突破这一根本限制,伦·吴及其研究团队展开了深入研究,并开发出一种名为“Oz色彩技术”的创新方法。该名字灵感来源于《绿野仙踪》,吴解释道:“在故事里有一段前往翡翠城的旅程,那里的东西呈现出令人惊叹的耀眼绿色,这与我们的研究目标有着奇妙的呼应。”在实验过程中,研究人员运用激光精确地投射微量光,以此来精准选择人眼中的锥细胞。他们首先对视网膜的一部分进行绘制,从而识别出每个锥细胞是S锥、M锥还是L锥。随后,借助激光,仅向M锥细胞投射光,成功绕过了三种锥细胞光范围重叠的限制。

但这项实验的设置并不轻松惬意。伦·吴表示:“这并非面向消费者的设备,它是一个纯粹的视觉科学和神经科学项目。”事实上,研究人员以身作则,在自己身上开展实验,五名参与者中有三人正是该研究的共同作者,另外两人是来自华盛顿大学且事先并不知晓研究目的的同事。伦·吴本人也是参与者之一,他走进昏暗的实验室,坐在摆满激光、镜子、变形镜、调制器、光探测器等复杂设备的桌前,甚至需要用力咬住一根棒子来保持头部和眼睛的静止不动。当激光照射到他的视网膜时,他看到一个小方块的光,大约只有手臂距离处指甲大小,而在这块小小的区域中,他看到了那神秘而独特的颜色——研究人员将其命名为“olo”。

那么,olo究竟是什么模样呢?伦·吴将它描述为“具有前所未有饱和度的蓝绿色”,这是人类大脑对从未接收过的视觉信号所产生的独特感知。在电脑屏幕上,最接近olo的颜色是青色(由十六进制代码#00ffcc表示),但olo的饱和度远超青色。可以想象,以青色为起点,在电脑上不断调整其饱和度,突破屏幕显示极限,超越自然界中能找到的饱和度范围,直至达到人类感知饱和度的极限,而olo的饱和度范围甚至更为深远。

为了确切证实olo确实超出人类标准视野范围,研究人员精心设计并完成了颜色匹配实验。他们将olo与青色激光器进行对比,并通过添加或减去白光来调整颜色的饱和度。实验结果显示,所有参与者都发现,当向olo添加白光使其去饱和后,新颜色能够与激光器匹配,这一结果确凿无疑地证明了olo超出了人类正常的颜色视觉范围。

这项研究成果在科学界引发了强烈反响。在德国图宾根的马克斯·普朗克生物控制论研究所和慕尼黑技术大学,研究光对人类行为影响的Manuel Spitschan表示:“这是一项极具吸引力的研究,在理解颜色视觉背后的光感受器机制方面实现了真正的突破性进展,尽管实现这一目标所需的技术难度极大,但它所带来的启示意义非凡。不过,目前一个亟待解决的问题是,如何将这一研究成果进行实际应用。” 荷兰神经科学研究所研究视觉和视网膜的马尔滕·卡梅尔曼斯(Maarten Kamermans)也对该研究赞不绝口,他虽未参与此项研究,但他表示:“这无疑是一项技术突破,我非常期待能在自己的实验室中开展类似研究。从动物研究角度来看,我们或许能够将动物类型的光感受器特性应用于人类受试者,从而让人类体验到动物眼中的世界,例如狗、老鼠、金鱼所看到的景象,这将是非常有趣的探索方向。”

从长远来看,伦·吴的团队怀揣着宏大的梦想,他们期望有一天能够制造出可以扫描视网膜的屏幕。通过将光线精准传递到每个视锥细胞,这种屏幕有望显示出完美的图像和视频,为人类带来以“不可能之色”呈现的清晰、非像素化的视觉盛宴。尽管实现这一目标困难重重,但伦·吴坚信并非毫无可能。在更直接的应用层面,Oz色彩技术或许能够帮助先天性色盲患者首次体验到绿色和红色等原本无法感知的颜色 ,不过需要明确的是,这并非永久性的治疗方法,因为Oz带来的色彩体验是短暂的。

这项关于“olo”颜色的研究,不仅让我们对人类色彩视觉有了全新的认识,更打开了一扇通往未知色彩世界的大门。随着科学技术的不断进步,未来我们或许还能解锁更多超乎想象的色彩奥秘,让我们拭目以待。

参考文献

This Impossible New Color Is So Rare That Only Five People Have Seen It》|2025 年 4 月 18 日《Scientific American》。

来源: 科普文讯