《神經(jīng)元》雜志近日在線發(fā)表了由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王偉研究組與北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授唐世明實(shí)驗(yàn)室合作完成的研究成果。該研究利用內(nèi)源性信號光學(xué)成像、雙光子成像和電生理記錄等手段，詳細(xì)描繪了等級化的不同視覺腦區(qū)的色調(diào)圖結(jié)構(gòu)，揭示了認(rèn)知顏色空間形成的神經(jīng)機(jī)制。

人們對繽紛顏色的主觀審美感覺各自不同，顏色比其他任何感知覺更能說明感知覺是大腦神經(jīng)活動的產(chǎn)物。英國科學(xué)家牛頓早在18 世紀(jì)就意識到，光波是電磁波，它并不具有顏色。人們能識別出數(shù)千種不同的色調(diào)，是大腦為不同波段的可見光信息設(shè)定的標(biāo)簽。視網(wǎng)膜上作為光探測器的視錐細(xì)胞有三種，分別檢測短波、中波和長波段的可見光，因此我們感知到的顏色空間也是三維的。一維是亮度，反映了對視錐信號處理的“加和”能力，色調(diào)和飽和度是另外兩個維度，由不同視錐信號之間的激活差異產(chǎn)生。人類的顏色認(rèn)知空間是通過心理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)測量出來的，其中顏色空間的色調(diào)維度，被描述為“色調(diào)圓盤”；基于紅、綠、藍(lán)三原色理論，紅綠藍(lán)三種色調(diào)在色調(diào)圓盤上的距離是相等的。其他的認(rèn)知顏色空間比如CIELab 顏色空間，是基于紅、綠、黃、藍(lán)四原色理論來定義的。目前在靈長類視覺大腦腹側(cè)通路中，從初級視皮層（V1）、途徑紋外皮層（V2 和V4），到顳側(cè)皮層（IT）的各個視覺腦區(qū)都發(fā)現(xiàn)了編碼色彩的神經(jīng)元。但是色彩在等級化的不同視覺腦區(qū)是如何進(jìn)行加工處理的，尤其是如何形成心理主觀層面上的顏色認(rèn)知空間并不清楚。

為探索這個復(fù)雜的腦科學(xué)問題，研究人員利用內(nèi)源性信號光學(xué)成像、雙光子成像和電生理記錄等多種技術(shù)手段，以非人靈長類獼猴為動物模型，比較研究了從初級（V1）到中高級（V2 和V4）三個連續(xù)視覺腦區(qū)對亮度完全相同的紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色刺激反應(yīng)的神經(jīng)活動。研究發(fā)現(xiàn)，在這三個連續(xù)視覺腦區(qū)內(nèi)都存在著眾多大小不一離散分布的顏色反應(yīng)斑點(diǎn)區(qū)，編碼不同光波波段的神經(jīng)元就聚集這些斑點(diǎn)區(qū)內(nèi)，形成由相鄰色調(diào)拼接構(gòu)成的“色調(diào)圖”。這些“色調(diào)圖”就好像許許多多大小不等的彩虹，散布在各個視覺大腦表面上。在記錄到的V1神經(jīng)元活動中，占主導(dǎo)地位的是分別位于可見光波段兩端的紅色和藍(lán)色刺激反應(yīng)，但這種“末端光譜”神經(jīng)元反應(yīng)優(yōu)勢在V2 腦區(qū)逐漸消失，而在V4中幾乎不存在。從神經(jīng)計(jì)算的角度分析，大腦似乎在逐步整合來自視網(wǎng)膜的相互拮抗的視錐神經(jīng)信號的輸入，從而生成人類認(rèn)知顏色空間。任何來自視網(wǎng)膜的給定光的色調(diào)信息首先存在于V1 中，但這種信息在V2 和V4 腦區(qū)經(jīng)過神經(jīng)元的進(jìn)一步的信息整合和編碼處理后，初步形成人類各種主觀色調(diào)認(rèn)知。結(jié)合其他更高級腦區(qū)的功能，視覺大腦作為一個整體，產(chǎn)生了對各種各樣離散色調(diào)和亮度敏感的神經(jīng)元反應(yīng)，并組成了一個復(fù)雜的神經(jīng)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，以編碼外界千變?nèi)f化的光線變化，在大腦中產(chǎn)生了豐富多彩的顏色標(biāo)簽。

該研究的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)不僅在于對這些色調(diào)圖結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描繪和研究，更是第一次定量檢測了三個不同等級的視覺皮層的色調(diào)圖（調(diào)色板）與人們主觀認(rèn)知的色調(diào)空間位置的匹配程度，而這種匹配程度隨著視覺皮層等級的提高而顯著提升。