新闻Release

2020年11月16日,星期一

设想颜色:大脑中的活动模式特定于您看到的颜色

NIH的研究发现揭示了视觉处理的新方面。

不同的螺旋颜色刺激的插图 黄色(顶部)和蓝色(底部)的彩色刺激。左侧的亮度等级版本;右边的深色版本。志愿者对上部刺激使用了各种名称,例如左侧为“黄色”,右侧为“棕色”,但下部刺激始终使用“蓝色”。 NEI博士Bevil Conway

美国国立眼科研究所(NEI)的研究人员已经解码了人类色彩感知的大脑图。这项发现发表在《今日生物学》上,为人们了解大脑中颜色处理的组织方式以及大脑如何识别和分组环境中的颜色打开了一个窗口。这项研究可能对视觉假肢的机器脑接口的发展有影响。 NEI是国立卫生研究院的一部分。

负责这项研究的NEI感觉,认知和行动单位负责人Bevil Conway博士说:“这是基于直接测量大脑活动来确定一个人看到什么颜色的首批研究之一。” “该方法使我们能够解决有关如何感知,分类和理解颜色的基本问题。”

大脑使用视网膜的视锥细胞感光器检测到的光信号作为颜色感知的基础。三种类型的锥形感光体可检测一定波长范围内的光。大脑将这些信号混合并归类,以在一个尚未被很好理解的过程中感知颜色。

为了检验这一过程,康威实验室学士后研究员,这项研究的第一作者伊莎贝尔·罗森塔尔(Isabelle Rosenthal),凯瑟琳·赫尔曼(Katherine Hermann)和史瑞达·辛格(Shridhar Singh)使用了脑磁图法或“ MEG”,这是一项已有50年历史的技术,该技术无创地记录了这种微小的疾病。大脑活动伴随的磁场。该技术使用头部周围的一系列传感器直接测量大脑细胞的活动。它揭示了大脑中发生的毫秒级到毫秒级的变化以实现视觉。当志愿者查看专门设计的彩色图像并报告他们看到的颜色时,研究人员记录了活动的模式。

研究人员使用了粉红色,蓝色,绿色和橙色的色调,以便它们可以以类似的方式激活不同类别的感光体。这些颜色以两种亮度级别(浅色和深色)呈现。研究人员使用了螺旋刺激形状,可产生强烈的大脑反应。

研究人员发现,研究参与者对于每种颜色都有独特的大脑活动模式。有了足够的数据,研究人员就可以从MEG记录中预测志愿者正在看什么颜色-本质上可以解码颜色处理或“读心术”的大脑图。

康韦说:“演习的重点不仅仅是阅读志愿者的思想。”几千年来,人们一直在思考色彩的组织。颜色的物理基础(彩虹)是色调的连续渐变。但是人们不这么认为。他们将彩虹分为几类,并将颜色排列成一个轮子。我们对了解大脑如何使这种情况发生,色调如何与亮度相互作用(例如从黄色变成棕色)感兴趣。”

例如,在多种语言和文化中,人类对暖色(黄色,红色,橙色,棕色)的名称要比对冷色(蓝色,绿色)的名字更独特。人们早已知道,人们在使用不同亮度级别的暖色调(例如“黄色”与“棕色”)时要比使用凉爽的色调(例如“蓝色”用于亮和暗)使用的名称更广泛。新发现表明,浅色和深色的暖色调之间的大脑活动模式差异要比浅色和深色的冷色调的差异更大。这些发现表明,我们普遍倾向于为暖色调命名的原因实际上可能是由于人脑如何处理颜色,而不是语言或文化。

“对于我们来说,色彩是一个强大的模型系统,它揭示了思想和大脑如何工作的线索。大脑如何组织和分类颜色?是什么让我们认为一种颜色与另一种颜色更相似?”康威说。 “使用这种新方法,我们可以使用大脑来解码色彩感知的工作原理,并希望在此过程中揭示大脑如何将感知数据转化为感知,思想和最终行动。”

这项研究是由NEI内部计划资助的。

本新闻稿描述了一项基础研究发现。基础研究增加了我们对人类行为和生物学的理解,这是推进预防,诊断和治疗疾病的新方法的基础。科学是一个不可预测的增量过程,每项研究进展通常都以出乎意料的方式建立在过去的发现之上。没有基本的基础研究知识,大多数临床进展是不可能的。

NEI领导联邦政府对视觉系统和眼部疾病的研究。 NEI支持基础和临床科学计划,以开发能节省视力的治疗方法,并满足视力丧失者的特殊需求。有关更多信息,请访问 //www.nei.nih.gov.

关于国立卫生研究院(NIH): 美国国立医学研究院(NIH)是美国的医学研究机构,包括27个研究所和中心,并且是美国卫生与公共服务部的一部分。 NIH是进行和支持基础,临床和转化医学研究的主要联邦机构,并且正在调查常见和罕见疾病的病因,治疗方法和治愈方法。有关NIH及其计划的更多信息,请访问 www.nih.gov.

NIH…将发现转化为健康®

参考文献

Rosenthal IA,Singh SR,Hermann KL,Pantazis D和Conway BR。 “脑磁图揭示了色彩空间的几何形状。”在线发表于2020年11月16日。

###