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上海的科学家们在大脑中发现了调色板

时间:2020-09-01 22:25:57


来源:中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(下同)红橙黄绿青蓝紫,人们对五彩缤纷的颜色有着不同的主观审美感受,颜色比任何感官感知更能说明感官感知是大脑神经活动的产物。近日,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所),神经科学国家重点实验室王伟课题组和北京大学生命科学学院唐世明教授实验室,利用内源性信号光学成像,双光子成像和电生理记录,详细描绘了不同视觉脑区的色调图结构,揭示了认知色彩空间形成的神经机制。相关成果昨晚在线发表在国际知名学术期刊《神经元》上。早在18世纪,英国科学家牛顿就认识到光波是电磁波,没有颜色。我们所能识别的数千种不同的音调是大脑为不同波段的可见光信息设置的标签。视网膜上有三种视锥细胞作为光探测器,分别探测短波,中波和长波可见光,因此我们感知的颜色空间也是立体的。一个维度是亮度,它反映了圆锥信号处理的加法能力。通过心理认知实验测量人类的色彩认知空间,将色彩空间的色调维度描述为色调盘;根据红,绿,蓝三原色理论,红,绿,蓝三色在色调盘上的距离相等为探索这一复杂的脑科学问题,王伟研究组与唐世明实验室合作,利用内源性信号光学成像,双光子成像和电生理记录,以非人灵长类猕猴为动物模型,对比研究了从初级(v1)到中高级(v2和v4)三个连续视觉脑区对红,橙,黄,绿,青,蓝,紫等7种亮度相同的颜色刺激的神经活动。色调和饱和度是另外两个维度,它们是由不同锥体信号之间的激活差异产生的。其他认知色彩空间是基于红,绿,黄,蓝原色理论定义的。研究人员发现,在这三个连续的视觉脑区中,存在着许多大小不一,分布离散的色彩反应斑区域。编码不同光波带的神经元聚集在这些光斑区域,形成由相邻音调拼接而成的音调图。这些色相图就像许多大小不一的彩虹,散布在各种视觉大脑的表面。在记录的V1神经元活动中,位于可见光波段两端的红蓝刺激反应占主导地位,但这种‘终端光谱’神经元反应优势在V2脑区逐渐消失,而在V4则几乎不存在。王伟介绍,从神经计算的角度来看,大脑似乎在逐渐整合来自视网膜的拮抗锥神经信号输入,从而产生人类认知色彩空间,来自视网膜的任何给定光线的色调信息首先存在于v1,但这些信息经过v2和v4脑区神经元的进一步信息整合和编码处理后,初步形成人类的各种主观色调认知。结合其他更高级脑区的功能,视觉大脑作为一个整体产生对各种离散音调和亮度敏感的神经元反应,并形成复杂的神经计算网络,对外界千变万化的光线变化进行编码,从而在大脑中产生丰富多彩的颜色标签

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